HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung 1. Field of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung und insbesondere auf eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung, die im Stande ist zum Durchführen einer Detektion dahingehend, ob ein durch ein Schaltelement fließender Strom ein Kurzschlussstrom ist oder nicht. The invention relates to an electric power conversion apparatus, and more particularly to an electric power conversion apparatus capable of performing detection as to whether or not a current flowing through a switching element is a short-circuit current.
2. Beschreibung der verwandten Technik 2. Description of the Related Art
Es ist wünschenswert, dass eine Detektion dahingehend, ob ein durch ein Schaltelement fließender Strom ein Kurzschlussstrom ist oder nicht, auf schnelle Art und Weise durchgeführt wird. It is desirable that a detection as to whether or not a current flowing through a switching element is a short-circuit current is performed quickly.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2001-169533 ( JP 2001-169533 A ) eine Rogowskispule, die zur Detektion einer Stromänderungsrate bzw. -geschwindigkeit eines Hauptstroms eingerichtet ist, der durch das Schaltelement einer elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung fließt. For example, Japanese Patent Application Publication No. 2001-169533 ( JP 2001-169533 A ) a Rogowski coil arranged to detect a current change rate of a main current flowing through the switching element of an electric power conversion device.
Bei der Methode der Platzierung der Rogowskispule in Reihe in dem Schaltelement ist ein Induktionsstrom, der in der Rogowskispule erzeugt wird, eine zeitliche Differentiation des Stroms, und es kann daher innerhalb einer kurzen Zeitspanne detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Eine fehlerhafte Detektion tritt auf, wenn ein externes Magnetfeld in der Rogowskispule als Rauschen bzw. Störung vorhanden ist. Bei der Rogowskispule ist jedoch eine Schleife mit der Spule in einem Strompfad eines zu messenden Objekts herzustellen, was zu einer Erhöhung von Kosten und einer Erhöhung einer Installationsfläche führt. In the method of placing the Rogowski coil in series in the switching element, an induction current generated in the Rogowski coil is a time differentiation of the current, and therefore it can be detected within a short period of time whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not. An erroneous detection occurs when an external magnetic field is present in the Rogowski coil as noise. However, with the Rogowski coil, a loop is to be made with the coil in a current path of an object to be measured, resulting in an increase in cost and an increase in installation area.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Die Erfindung stellt eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung bereit, die ermöglicht, dass eine Detektion dahingehend, ob ein durch ein Schaltelement fließender Strom ein Kurzschlussstrom ist oder nicht, schnell durchgeführt wird, ohne dass eine Rogowskispule extern angefügt ist. The invention provides an electric power conversion device that enables detection of whether a current flowing through a switching element is a short-circuit current or not to be quickly performed without a Rogowski coil being externally attached.
Eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Schaltelement, eine kollektorseitige Verdrahtung, die mit einer Kollektorseite des Schaltelements verbunden ist, eine emitterseitige Verdrahtung, die mit einer Emitterseite des Schaltelements verbunden ist, eine Detektionsschaltung bzw. einen Detektionsschaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum Detektieren einer Induktionsspannung, die in der kollektorseitigen Verdrahtung oder der emitterseitigen Verdrahtung erzeugt wird, wenn ein Strom durch die kollektorseitige Verdrahtung oder die emitterseitige Verdrahtung fließt, und eine Vergleichsschaltung bzw. einen Vergleichsschaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum gegenseitigen Vergleichen der Induktionsspannung und einer vorab bestimmten vorbestimmten Schwellenspannung. An electric power conversion apparatus according to an aspect of the invention includes a switching element, a collector-side wiring connected to a collector side of the switching element, an emitter-side wiring connected to an emitter side of the switching element, a detection circuit and a detection circuit configured, respectively For detecting an induction voltage generated in the collector-side wiring or the emitter-side wiring when a current flows through the collector-side wiring or the emitter-side wiring, and a comparison circuit configured to mutually compare the induced voltage and a predetermined predetermined threshold voltage.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung detektiert die Induktionsspannung, die durch eine Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung oder der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugt wird, wenn der Strom durch die emitterseitige Verdrahtung, die mit der Emitterseite des Schaltelements verbunden ist, oder die kollektorseitige Verdrahtung, die mit der Kollektorseite des Schaltelements verbunden ist, fließt. Die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung und die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung werden generell als parasitäre Induktivität für eine Induktivitätskomponente eines Verdrahtungsmaterials und eine Verdrahtungsanordnung bezeichnet und stellen kein zusätzliches Induktivitätselement wie etwa eine externe Rogowskispule dar. The electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention detects the induction voltage generated by a wiring inductance of the emitter-side wiring or the collector-side wiring when the current through the emitter-side wiring connected to the emitter side of the switching element or the collector-side wiring connected to the collector side of the switching element is connected, flows. The wiring inductance of the emitter-side wiring and the wiring inductance of the collector-side wiring are generally referred to as a parasitic inductance for an inductance component of a wiring material and a wiring arrangement and do not constitute an additional inductance element such as an external Rogowski coil.
Im Allgemeinen reicht die Induktivitätskomponente der Verdrahtung von ungefähr mehreren nH (Nanohenrie) bis ungefähr einige Dutzend nH. Wenn jedoch das Schaltelement einem Kurzschluss unterliegt, fließt ein großer Strom innerhalb einer kurzen Zeitspanne, und daher resultiert eine zeitliche Differentiation des Stroms in einem hohen Wert. Wenn zum Beispiel ein Kurzschlussstrom von 10 kA bei 1 µs fließt, wird die Induktionsspannung, die durch die Induktivitätskomponente der Verdrahtung von 5 nH erzeugt wird, zu 50 V, was hinlänglich detektiert werden kann. Dementsprechend kann dadurch, dass die Induktionsspannung, die durch die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung oder der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugt wird, detektiert wird und mit der vorbestimmten Schwellenspannung verglichen wird, schnell detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht, auch ohne dass die Rogowskispule extern angefügt ist. In general, the inductance component of the wiring ranges from about several nH (nanohenries) to about a few dozen nH. However, when the switching element undergoes a short circuit, a large current flows within a short period of time, and therefore a time differentiation of the current results in a high value. For example, when a short-circuit current of 10 kA flows at 1 μs, the induction voltage generated by the inductance component of the wiring of 5 nH becomes 50 V, which can be sufficiently detected. Accordingly, by detecting the induced voltage generated by the wiring inductance of the emitter-side wiring or the collector-side wiring and comparing with the predetermined threshold voltage, it can be quickly detected whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not without the Rogowski coil being attached externally.
Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann die Detektionsschaltung bzw. der Detektionsschaltkreis konfiguriert sein zum Detektieren der in der emitterseitigen Verdrahtung erzeugten Induktionsspannung zwischen einem Emitterdetektionspunkt an der emitterseitigen Verdrahtung auf der Emitterseite des Schaltelements und einem ersten Detektionspunkt an der emitterseitigen Verdrahtung, der ein niedrigeres Potential aufweist als der Emitterdetektionspunkt. Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann die Detektionsschaltung bzw. der Detektionsschaltkreis konfiguriert sein zum Detektieren der in der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugten Induktionsspannung zwischen einem Kollektordetektionspunkt an der kollektorseitigen Verdrahtung auf der Kollektorseite des Schaltelements und einem zweiten Detektionspunkt an der kollektorseitigen Verdrahtung, der ein höheres Potential aufweist als der Kollektordetektionspunkt. In the electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention, the detection circuit may be configured to detect the induction voltage generated in the emitter side wiring between an emitter detection point on the emitter side wiring on the emitter side of the switching element and a first detection point on the emitter side wiring has lower potential than the Emitter detection point. In the electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention, the detection circuit may be configured to detect the induction voltage generated in the collector-side wiring between a collector detection point on the collector-side wiring on the collector side of the switching element and a second detection point on the collector-side wiring higher potential than the collector detection point.
Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung unterliegt das Schaltelement einem Stromfluss von einer elektrischen Energiequelle auf der Kollektorseite zu einer Masse auf der Emitterseite. In dieser Hinsicht wird die Detektion der Induktionsspannung, die durch die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung erzeugt wird, zwischen dem Emitterdetektionspunkt an der emitterseitigen Verdrahtung auf der Emitterseite des Schaltelements und dem ersten Detektionspunkt durchgeführt, der weiter auf der Seite der Masse liegt und ein niedrigeres Potential aufweist als der Emitterdetektionspunkt. Zusätzlich wird die Detektion der Induktionsspannung, die durch die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugt wird, zwischen dem Kollektordetektionspunkt an der kollektorseitigen Verdrahtung auf der Kollektorseite des Schaltelements und dem zweiten Detektionspunkt durchgeführt, der weiter auf der Seite der elektrischen Energiequelle liegt und ein höheres Potential aufweist als der Kollektordetektionspunkt. Wenn die Induktionsspannungsdetektionspunkte an der Verdrahtung angeordnet sind, wie es vorstehend beschrieben ist, kann schnell detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. In the electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention, the switching element undergoes a current flow from a collector side electric power source to a ground on the emitter side. In this regard, the detection of the induction voltage generated by the wiring inductance of the emitter-side wiring is performed between the emitter detection point on the emitter-side wiring on the emitter side of the switching element and the first detection point further on the ground side and having a lower potential as the emitter detection point. In addition, the detection of the induction voltage generated by the wiring inductance of the collector-side wiring is performed between the collector detection point on the collector-side wiring on the collector side of the switching element and the second detection point farther on the side of the electric power source and higher potential than the collector detection point. When the induced voltage detection points are arranged on the wiring as described above, it can be quickly detected whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not.
Bei der elektrischen Leistungsumwandlung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann die Detektionsschaltung bzw. der Detektionsschaltkreis konfiguriert sein zum Detektieren der in der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugten Induktionsspannung zwischen einem zweiten Detektionspunkt, der ein höheres Potential aufweist als ein Kollektordetektionspunkt an der kollektorseitigen Verdrahtung auf der Kollektorseite des Schaltelements, und einem Emitterdetektionspunkt des Schaltelements. In einem Fall, in dem basierend auf der in der kollektorseitigen Verdrahtung erzeugten Induktionsspannung detektiert wird, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht, hat zum Beispiel, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, das Schaltelement ein niedriges Niveau eines EIN- bzw. Einschaltwiderstands. Wenn zum Beispiel der zweite Detektionspunkt in der Nähe des Kollektordetektionspunkts genommen wird, wird das Potential des zweiten Detektionspunkts nahezu gleich dem Potential des Emitterdetektionspunkts des Schaltelements. Wenn zum Beispiel ein Anschluss für einen anderen Zweck bereits auf der Kollektorseite des Schaltelements eingerichtet ist, kann der bestehende Anschluss als der zweite Detektionspunkt verwendet werden, wie er ist, was vorteilhaft ist, da kein spezieller Anschluss für die Detektion der Induktionsspannung verwendet werden muss. In the electric power conversion according to the aspect of the invention, the detection circuit may be configured to detect the induction voltage generated in the collector-side wiring between a second detection point having a higher potential than a collector detection point on the collector-side wiring on the collector side of the switching element. and an emitter detection point of the switching element. In a case where it is detected based on the induction voltage generated in the collector-side wiring whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not, for example, when the switching element is turned on, the switching element has a low level of ON or OFF Switch-on resistance. For example, when the second detection point is taken near the collector detection point, the potential of the second detection point becomes almost equal to the potential of the emitter detection point of the switching element. For example, if a terminal for another purpose is already established on the collector side of the switching element, the existing terminal may be used as the second detection point as it is, which is advantageous because no special terminal needs to be used for the detection of the induced voltage.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich eine Ausgabeschaltung bzw. einen Ausgabeschaltkreis umfassen, die bzw. der konfiguriert ist zum Ausgeben eines vorbestimmten Signals basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs durch die Vergleichsschaltung bzw. den Vergleichsschaltkreis. Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann die Ausgabeschaltung bzw. der Ausgabeschaltkreis konfiguriert sein zum Ausgeben des Signals, wenn die Induktionsspannung höher ist als die vorbestimmte Schwellenspannung. Dadurch, dass die Induktionsspannung zu einer Zeit, zu der der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist, auf die vorbestimmte Schwellenspannung gesetzt wird/ist, kann basierend auf dem Vergleich zwischen der Induktionsspannung und der vorbestimmten Schwellenspannung detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Dadurch, dass das vorbestimmte Signal ausgegeben wird, wenn die Induktionsspannung höher ist als die vorbestimmte Schwellenspannung, kann schnell detektiert werden, dass der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist. The electric power conversion device according to the aspect of the invention may additionally include an output circuit configured to output a predetermined signal based on a result of the comparison by the comparison circuit and the comparison circuit, respectively. In the electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention, the output circuit may be configured to output the signal when the induction voltage is higher than the predetermined threshold voltage. By setting the induction voltage to the predetermined threshold voltage at a time when the current flowing through the switching element is set to the predetermined threshold voltage, it can be detected based on the comparison between the induction voltage and the predetermined threshold voltage, whether or not detected by the switching element flowing current is the short-circuit current or not. By outputting the predetermined signal when the induction voltage is higher than the predetermined threshold voltage, it can quickly be detected that the current flowing through the switching element is the short-circuit current.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich eine Gateüberwachungsschaltung bzw. einen Gateüberwachungsschaltkreis umfassen, die bzw. der konfiguriert ist zum Überwachen einer Gatespannung des Schaltelements, und das Signal kann maskiert bzw. verborgen werden, wenn die durch die Gateüberwachungsschaltung bzw. den Gateüberwachungsschaltkreis gemessene Gatespannung eine EIN- bzw. Einschaltschwellenspannung des Schaltelements nicht erreicht bzw. unterschreitet. Das vorbestimmte Signal gibt das Ergebnis des Vergleichs zwischen der Induktionsspannung und der vorbestimmten Schwellenspannung aus, und daher kann das vorbestimmte Signal fälschlich ausgegeben werden, wenn zum Beispiel das Schaltelement von AUS auf EIN ansteigt. Gemäß dieser Konfiguration kann jedoch die fälschliche Ausgabe des vorbestimmten Signals zu einer Zeit des Anstiegs des Schaltelements von AUS auf EIN verhindert werden. The electric power conversion device according to the aspect of the invention may additionally include a gate monitoring circuit configured to monitor a gate voltage of the switching element, and the signal may be masked when detected by the gate monitoring circuit measured gate voltage does not reach or falls below an ON or ON threshold voltage of the switching element. The predetermined signal outputs the result of the comparison between the induction voltage and the predetermined threshold voltage, and therefore, the predetermined signal may be erroneously output when, for example, the switching element rises from OFF to ON. According to this configuration, however, the erroneous output of the predetermined signal at a time of rising of the switching element from OFF to ON can be prevented.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich einen Wechselrichterarm, in dem ein Oberer-Arm-Schaltelement und ein Unterer-Arm-Schaltelement zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Masse in Reihe geschaltet sind, und eine Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. einen -schaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch das Oberer-Arm-Schaltelement fließenden Kurzschlussstroms basierend auf der Induktionsspannung, die in der emitterseitigen Verdrahtung des Oberer-Arm-Schaltelements erzeugt wird, umfassen. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich einen Wechselrichterarm, in dem ein Oberer-Arm-Schaltelement und ein Unterer-Arm-Schaltelement zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Masse in Reihe geschaltet sind, und eine Unterer-Arm-Kurzschlussstromdetektionsschaltung bzw. einen -schaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch das Unterer-Arm-Schaltelement fließenden Kurzschlussstroms basierend auf der Induktionsspannung, die in der emitterseitigen Verdrahtung des Unterer-Arm-Schaltelements erzeugt wird, umfassen. The electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention may additionally comprise an inverter arm in which a top arm switching element and a bottom arm arm Switching element between an electric power source and a ground are connected in series, and an upper-arm short-circuit current detection circuit or a circuit configured to detect a current flowing through the upper arm switching element short-circuit current based on the induction voltage which is generated in the emitter-side wiring of the upper-arm switching element include. The electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention may additionally include an inverter arm in which an upper-arm switching element and a lower-arm switching element are connected in series between an electric power source and a ground, and a lower-arm short-circuit current detection circuit switching circuit configured to detect a short-circuit current flowing through the lower-arm switching element based on the induced voltage generated in the emitter-side wiring of the lower-arm switching element.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich einen Wechselrichterarm, in dem ein Oberer-Arm-Schaltelement und ein Unterer-Arm-Schaltelement zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Masse in Reihe geschaltet sind, und eine Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. einen -schaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch das Oberer-Arm-Schaltelement fließenden Kurzschlussstroms basierend auf der Induktionsspannung, die in der kollektorseitigen Verdrahtung des Oberer-Arm-Schaltelements erzeugt wird, umfassen. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Aspekt der Erfindung kann zusätzlich einen Wechselrichterarm, in dem ein Oberer-Arm-Schaltelement und ein Unterer-Arm-Schaltelement zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Masse in Reihe geschaltet sind, und eine Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. einen -schaltkreis, die bzw. der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch das Unterer-Arm-Schaltelement fließenden Kurzschlussstroms basierend auf der Induktionsspannung, die in der kollektorseitigen Verdrahtung des Unterer-Arm-Schaltelements erzeugt wird, umfassen. The electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention may additionally include an inverter arm in which an upper-arm switching element and a lower-arm switching element are connected in series between an electric power source and a ground, and an upper-arm short-circuit current detection circuit A switching circuit configured to detect a short circuit current flowing through the upper arm switching element based on the induction voltage generated in the collector side wiring of the upper arm switching element. The electric power conversion apparatus according to the aspect of the invention may additionally include an inverter arm in which an upper-arm switching element and a lower-arm switching element are connected in series between an electric power source and a ground, and a lower-arm short-circuit current detection circuit and a lower arm current detection circuit A switching circuit configured to detect a short-circuit current flowing through the lower-arm switching element based on the induction voltage generated in the collector-side wiring of the lower-arm switching element.
Damit der Kurzschluss von einem der zwei Schaltelemente, die den Wechselrichterarm bilden, detektiert wird, kann detektiert werden, ob der durch das andere Schaltelement fließende Strom überhöht ist oder nicht, wenn das dem Kurzschluss unterliegende Schaltelement AUS geschaltet ist und das andere Schaltelement EIN geschaltet ist. In dieser Hinsicht wird die Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. der -schaltkreis verwendet, wenn basierend auf der in der kollektorseitigen Verdrahtung des oberen Arms erzeugten Induktionsspannung detektiert wird, ob der durch das Oberer-Arm-Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Es wird die Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. der -schaltkreis verwendet, wenn basierend auf der in der kollektorseitigen Verdrahtung des unteren Arms erzeugten Induktionsspannung detektiert wird, ob der durch das Unterer-Arm-Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Gleichermaßen wird die Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. der -schaltkreis verwendet, wenn basierend auf der in der emitterseitigen Verdrahtung des oberen Arms erzeugten Induktionsspannung detektiert wird, ob der durch das Oberer-Arm-Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Es wird die Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionsschaltung bzw. der -schaltkreis verwendet, wenn basierend auf der in der emitterseitigen Verdrahtung des unteren Arms erzeugten Induktionsspannung detektiert wird, ob der durch das Unterer-Arm-Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Auf diese Art und Weise kann genau und schnell detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. In order that the short circuit of one of the two switching elements constituting the inverter arm is detected, it can be detected whether the current flowing through the other switching element is excessive or not when the short-circuited switching element is turned OFF and the other switching element is turned ON , In this regard, the upper-arm short-circuit current detection circuit is used when detecting, based on the induction voltage generated in the collector-side wiring of the upper arm, whether the current flowing through the upper-arm switching element is the short-circuit current Not. The lower-arm short-circuit current detection circuit is used when detecting, based on the induction voltage generated in the collector-side wiring of the lower arm, whether the current flowing through the lower-arm switching element is the short-circuit current or not. Likewise, the upper-arm short-circuit current detection circuit is used when detecting, based on the induction voltage generated in the emitter-side upper arm wiring, whether the current flowing through the upper arm switching element is the short-circuit current or not. The lower-arm short-circuit current detection circuit is used when detecting, based on the induction voltage generated in the lower-arm emitter-side wiring, whether the current flowing through the lower-arm switching element is the short-circuit current or not. In this way, it can be accurately and quickly detected whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not.
Gemäß der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung des Aspekts der Erfindung kann schnell detektiert werden, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht, auch ohne dass die Rogowskispule extern angefügt ist. According to the electric power conversion apparatus of the aspect of the invention, it can be quickly detected whether or not the current flowing through the switching element is the short-circuit current even without the Rogowski coil being externally attached.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Merkmale, Vorteile und technische sowie gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche/ähnliche Bezugszeichen gleiche/ähnliche Elemente bezeichnen, und für die gilt: Features, advantages, and technical and industrial significance of exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings in which like reference numerals refer to like elements, and in which:
1A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung, die eine Verdrahtungsinduktivität einer emitterseitigen Verdrahtung und einen Detektionspunkt von dieser in einem Wechselrichterarm veranschaulicht, der als eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient; 1A FIG. 12 is a circuit configuration diagram illustrating a wiring inductance of an emitter-side wiring and a detection point thereof in an inverter arm serving as an electric power conversion device according to an embodiment of the invention; FIG.
1B ist eine ebene strukturelle Ansicht zur Zeit einer Implementierung der Konfiguration, die in 1A veranschaulicht ist; 1B is a planar structural view at the time of an implementation of the configuration incorporated in 1A is illustrated;
1C ist eine Seitenansicht einer Anschlussseite zur Zeit der Implementierung der Konfiguration, die in 1A veranschaulicht ist; 1C is a side view of a connection side at the time of Implementation of the configuration in 1A is illustrated;
1D ist eine Seitenansicht der der Anschlussseite gegenüberliegenden Seite zur Zeit der Implementierung der Konfiguration, die in 1A veranschaulicht ist; 1D FIG. 12 is a side view of the opposite side of the terminal at the time of implementing the configuration shown in FIG 1A is illustrated;
2A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung, die eine Verdrahtungsinduktivität einer kollektorseitigen Verdrahtung und einen Detektionspunkt von dieser in dem Wechselrichterarm veranschaulicht, der als die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient; 2A FIG. 12 is a circuit configuration diagram illustrating a wiring inductance of a collector-side wiring and a detection point thereof in the inverter arm serving as the electric power conversion device according to the embodiment of the invention; FIG.
2B ist eine ebene strukturelle Ansicht zur Zeit einer Implementierung der Konfiguration, die in 2A veranschaulicht ist; 2 B is a planar structural view at the time of an implementation of the configuration incorporated in 2A is illustrated;
2C ist eine Seitenansicht der Anschlussseite zur Zeit der Implementierung der Konfiguration, die in 2A veranschaulicht ist; 2C FIG. 14 is a side view of the terminal side at the time of implementing the configuration shown in FIG 2A is illustrated;
2D ist eine Seitenansicht der der Anschlussseite gegenüberliegenden Seite zur Zeit der Implementierung der Konfiguration, die in 2A veranschaulicht ist; 2D FIG. 12 is a side view of the opposite side of the terminal at the time of implementing the configuration shown in FIG 2A is illustrated;
3A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf eine Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit zu einer Zeit, zu der eine Kurzschlussstromdetektion durch die Verwendung der Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung in dem Wechselrichterarm durchgeführt wird, der als die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient; 3A Fig. 12 is a circuit configuration diagram relating to a lower-arm short-circuit current detection unit at a time when short-circuit current detection is performed by the use of the wiring inductance of the emitter-side wiring in the inverter arm serving as the electric power conversion apparatus according to the embodiment of the invention;
3B, die 3A entspricht, ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf eine Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit; 3B , the 3A 1 is a circuit configuration diagram with respect to an upper-arm short-circuit current detection unit;
4A ist ein Zeitdiagramm, das einen Betriebszustand von jedem Element zu einer Zeit eines normalen Betriebs ohne eine Kurzschlussstörung eines Oberer-Arm-Schaltelements in der Schaltungskonfiguration veranschaulicht, die in 3A veranschaulicht ist; 4A FIG. 15 is a timing chart illustrating an operating state of each element at a time of normal operation without a short-circuit fault of an upper-arm switching element in the circuit configuration shown in FIG 3A is illustrated;
4B, die im Gegensatz zu 4A steht, ist ein Zeitdiagramm, das den Betriebszustand von jedem Element zu einer Zeit der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements veranschaulicht; 4B that in contrast to 4A Fig. 13 is a timing chart illustrating the operation state of each element at a time of the short circuit failure of the upper arm switching element;
5A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf eine Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit zu einer Zeit, zu der die Kurzschlussstromdetektion durch die Verwendung der Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung in dem Wechselrichterarm durchgeführt wird, der als die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient; 5A is a circuit configuration diagram with respect to a lower-arm short-circuit current detection unit at a time when the short-circuit current detection is performed by the use of the wiring inductance of the collector-side wiring in the inverter arm, which serves as the electric power conversion apparatus according to the embodiment of the invention;
5B, die 5A entspricht, ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf die Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit; 5B , the 5A is a circuit configuration diagram with respect to the upper-arm short-circuit current detection unit;
6A ist ein Zeitdiagramm, das den Betriebszustand von jedem Element zu der Zeit des normalen Betriebs ohne die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements in der Schaltungskonfiguration veranschaulicht, die in 5A veranschaulicht ist; 6A FIG. 15 is a timing chart illustrating the operating state of each element at the time of normal operation without the short circuit failure of the upper arm switching element in the circuit configuration shown in FIG 5A is illustrated;
6B, die im Gegensatz zu 6A steht, ist ein Zeitdiagramm, das den Betriebszustand von jedem Element zu der Zeit der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements veranschaulicht; 6B that in contrast to 6A Fig. 13 is a timing chart illustrating the operation state of each element at the time of the short circuit failure of the upper arm switching element;
7 ist ein Zeitdiagramm, das die Möglichkeit einer Fehlfunktion der Kurzschlussstromdetektion in der Schaltungskonfiguration veranschaulicht, die in 5A veranschaulicht ist; 7 FIG. 11 is a timing diagram illustrating the possibility of a malfunction of the short-circuit current detection in the circuit configuration shown in FIG 5A is illustrated;
8A, die mit 5A in Zusammenhang steht, ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf die Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit zu eine Zeit, zu der die Fehlfunktion der Kurzschlussstromdetektion durch die Verwendung einer Gatespannungsdetektion verhindert wird; 8A , with 5A is related to, a circuit configuration representation with respect to the lower-arm short-circuit current detection unit at a time when the malfunction of the short-circuit current detection by the use of a gate voltage detection is prevented;
8B, die 8A entspricht, ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung mit Bezug auf die Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit; 8B , the 8A is a circuit configuration diagram with respect to the upper-arm short-circuit current detection unit;
9A ist ein Zeitdiagramm, das den Betriebszustand von jedem Element, einschließlich eines Maskensignals, zu der Zeit des normalen Betriebs ohne die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements in der Schaltungskonfiguration veranschaulicht, die in 8A veranschaulicht ist; und 9A FIG. 15 is a timing chart illustrating the operation state of each element, including a mask signal, at the time of normal operation without the short circuit disturbance of the upper arm switching element in the circuit configuration shown in FIG 8A is illustrated; and
9B, die im Gegensatz zu 9A steht, ist ein Zeitdiagramm, das den Betriebszustand von jedem Element, einschließlich des Maskensignals, zu der Zeit der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements veranschaulicht. 9B that in contrast to 9A FIG. 11 is a timing chart illustrating the operation state of each element, including the mask signal, at the time of the short circuit failure of the upper arm switching element.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Nachstehend wird hierin ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf begleitende Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ein einzelner Wechselrichter- bzw. Inverterarm als eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben. Dies ist ein Beispiel zu beschreibenden Zwecken, und die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie eine Vielzahl der Wechselrichter- bzw. Inverterarme umfasst. Zum Beispiel kann eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie drei Wechselrichter- bzw. Inverterarme umfasst, die parallel geschaltet sind, in einer Ansteuerschaltung einer dreiphasigen drehenden elektrischen Maschine verwendet werden. Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to accompanying drawings. In the following description, a single inverter arm will be described as an electric power conversion device. This is an example for descriptive purposes, and the electric power conversion device may be configured to include a plurality of the inverter arms. For example, an electric power conversion device configured to have three Inverter or inverter arms, which are connected in parallel, are used in a drive circuit of a three-phase rotary electric machine.
Der Wechselrichter- bzw. Inverterarm ist eine Schaltungsvorrichtung, in der ein Oberer-Arm-Schaltelement und ein Unterer-Arm-Schaltelement zwischen einer elektrischen Energiequelle und einer Masse in Reihe geschaltet sind. Das Potential der Masse ist niedriger als das Potential der elektrischen Energiequelle, aber es ist nicht auf 0 V beschränkt. Zum Beispiel kann das Potential der Masse ein negatives Potential sein. The inverter arm is a circuit device in which an upper-arm switching element and a lower-arm switching element are connected in series between an electric power source and a ground. The potential of the ground is lower than the potential of the electric power source, but it is not limited to 0V. For example, the potential of the mass may be a negative potential.
In der folgenden Beschreibung wird ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) als das Schaltelement beschrieben. Dies ist ein Beispiel zu beschreibenden Zwecken, und das Schaltelement kann ebenso ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein. In the following description, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) will be described as the switching element. This is an example for descriptive purposes, and the switching element may also be a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung wird eine Induktionsspannung detektiert, die in einer kollektorseitigen Verdrahtung oder einer emitterseitigen Verdrahtung erzeugt wird, wenn ein Strom durch die kollektorseitige Verdrahtung oder die emitterseitige Verdrahtung fließt, sodass eine Detektion dahingehend, ob der Strom, der durch das Schaltelement fließt, ein Kurzschlussstrom ist oder nicht, auf schnelle Art und Weise durchgeführt wird. Die Verwendung eines Schaltelements mit angebrachtem bzw. angeschlossenem Abfühlanschluss ist als ein Verfahren zum Durchführen der Detektion bekannt, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Der Abfühlanschluss entnimmt einen extrem kleinen Teil des Stroms, der durch das Schaltelement fließt. Zum Beispiel wird detektiert, ob der durch das Schaltelement fließende Strom der Kurzschlussstrom ist oder nicht, indem der Strom, der äquivalent zu einem Tausendstel des durch das Schaltelement fließenden Stroms ist, von dem Abfühlanschluss entnommen und mit einem vorab bestimmten Schwellenstrom verglichen wird. Durch diese Methode kann jedoch eine schnelle Detektion nicht durchgeführt werden, da die Empfindlichkeit aufgrund eines schwachen Abfühlstroms gering ist und es Zeit braucht, damit der Abfühlstrom auf den Schwellenstrom ansteigt. In dieser Hinsicht detektiert die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Induktionsspannung, die in der kollektorseitigen Verdrahtung oder der emitterseitigen Verdrahtung erzeugt wird, wenn der Strom durch die kollektorseitige Verdrahtung oder die emitterseitige Verdrahtung fließt. In the electric power conversion apparatus, an induction voltage generated in a collector-side wiring or an emitter-side wiring is detected when a current flows through the collector-side wiring or the emitter-side wiring, so that a detection as to whether the current flowing through the switching element is Short-circuit current is or is not carried out in a rapid manner. The use of a switching element with attached sensing port is known as a method of performing the detection as to whether the current flowing through the switching element is the short-circuit current or not. The sensing port removes an extremely small portion of the current flowing through the switching element. For example, it is detected whether or not the current flowing through the switching element is the short-circuit current by taking the current equivalent to one-thousandth of the current flowing through the switching element from the sensing terminal and comparing it with a predetermined threshold current. However, this method does not allow fast detection because the sensitivity due to a weak sense current is low and it takes time for the sense current to increase to the threshold current. In this regard, the electric power conversion apparatus according to an embodiment of the invention detects the induction voltage generated in the collector-side wiring or the emitter-side wiring when the current flows through the collector-side wiring or the emitter-side wiring.
In der folgenden Beschreibung, um der Einfachheit der Beschreibung Willen, werden eine Emitterseite und eine Kollektorseite hinsichtlich einer Verdrahtungsinduktivität voneinander unterschieden, und werden eine Oberer-Arm-Seite und eine Unterer-Arm-Seite hinsichtlich einer Kurzschlussstrom-Detektionseinheit voneinander unterschieden. Die Verdrahtungsinduktivität ist naturgemäß sowohl auf der Emitterseite als auch auf der Kollektorseite vorhanden. Zusätzlich ist es in einer Struktur, in der das Oberer-Arm-Schaltelement und das Unterer-Arm-Schaltelement in Reihe geschaltet sind, in vielen Fällen unbekannt, welches der Schaltelemente einer Kurzschlussstörung unterliegt. In einem Fall, in dem zum Beispiel strukturell ersichtlich ist, dass die Kurzschlussstörung häufig entweder auf der Oberer-Arm-Seite oder der Unterer-Arm-Seite auftritt, ist es denkbar, dass eine einzige Kurzschlussstrom-Detektionseinheit ausreichend sein wird. Mit Ausnahme eines solchen Falls kann die Kurzschlussstrom-Detektionseinheit auf jeder der Oberer-Arm-Seite und der Unterer-Arm-Seite eingerichtet sein. In the following description, for convenience of description, an emitter side and a collector side are distinguished from each other with respect to a wiring inductance, and a top arm side and a bottom arm side are distinguished from each other with respect to a short-circuit current detection unit. The wiring inductance is naturally present on both the emitter side and the collector side. In addition, in a structure in which the upper-arm switching element and the lower-arm switching element are connected in series, in many cases it is unknown which of the switching elements is subject to a short-circuit fault. For example, in a case where it is structurally apparent that the short circuit fault often occurs on either the upper arm side or the lower arm side, it is conceivable that a single short circuit current detection unit will suffice. Except for such a case, the short-circuit current detection unit may be arranged on each of the upper-arm side and the lower-arm side.
In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf entsprechende Elemente in allen Zeichnungen Bezug zu nehmen, und wird eine mehrfache Beschreibung ausgelassen. In the following description, the same reference numerals will be used to refer to corresponding elements throughout the drawings, and a multiple description will be omitted.
1A bis 1D und 2A bis 2D sind Zeichnungen, die Verdrahtungsinduktivitäten von Verdrahtungen und Detektionspunkten von diesen in einem Wechselrichterarm 10 veranschaulichen, der als die Leistungsumwandlungsvorrichtung dient. 1A to 1D and 2A to 2D FIG. 12 are drawings, the wiring inductances of wirings and detection points thereof in an inverter arm. FIG 10 which serves as the power conversion device.
Der Wechselrichterarm 10 ist eine Schaltungsvorrichtung, in der ein Oberer-Arm-Schaltelement 30 und ein Unterer-Arm-Schaltelement 40 zwischen der elektrischen Energiequelle, die durch VH dargestellt wird, und der Masse, die durch die GND dargestellt wird, in Reihe geschaltet sind. The inverter arm 10 is a circuit device in which a upper-arm switching element 30 and a lower arm switching element 40 between the electric power source represented by VH and the ground represented by the GND are connected in series.
Jedes des Oberer-Arm-Schaltelements 30 und des Unterer-Arm-Schaltelements 40 ist ein IGBT vom N-Kanal-Typ, und eine Diode zwischen dem Kollektor und dem Emitter ist eine Rückfluss- bzw. Freilaufdiode. Als die Rückfluss- bzw. Freilaufdiode kann eine Diode verwendet werden, die auf dem gleichen Chip wie der IGBT ausgebildet ist, wie etwa ein RC-IGBT. Wahlweise kann die Rückfluss- bzw. Freilaufdiode unabhängig und separat von einem IGBT-Hauptkörper ausgebildet werden. Each of the upper arm switching element 30 and the lower arm switching element 40 is an N-channel type IGBT, and a diode between the collector and the emitter is a flyback diode. As the flyback diode, a diode formed on the same chip as the IGBT, such as an RC-IGBT, may be used. Optionally, the reflux diode may be independently and separately formed from an IGBT main body.
Jedes des Oberer-Arm-Schaltelements 30 und des Unterer-Arm-Schaltelements 40 weist die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung und die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung auf. Die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung wird zunächst beschrieben, und die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung wird danach beschrieben. Each of the upper arm switching element 30 and the lower arm switching element 40 has the wiring inductance of the emitter-side wiring and the wiring inductance of the collector-side wiring. The wiring inductance of the emitter-side wiring will first be described, and the wiring inductance of the collector-side wiring will be described below.
1A bis 1D zeigen die jeweiligen Verdrahtungsinduktivitäten der emitterseitigen Verdrahtung und die jeweiligen Detektionspunkte von diesen von dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 und dem Unterer-Arm-Schaltelement 40. 1A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung des Wechselrichterarms 10. 1B ist eine ebene struktureller Ansicht des Wechselrichterarms 10. 1C ist eine Seitenansicht einer Anschlussseite des Wechselrichterarms 10, und 1D ist eine Seitenansicht der der Anschlussseite gegenüberliegenden Seite. Die Anschlussseite bezieht sich auf eine Seite, wo ein Anschluss 12, der mit der elektrischen Energiequelle verbunden ist und durch P dargestellt wird, der anderer Anschluss 16, der mit der Masse verbunden ist und durch N dargestellt wird, und ein Ausgangsanschluss 20, der durch O dargestellt wird, platziert sind. 1A to 1D The respective wiring inductances of the emitter-side wiring and the respective detection points thereof are shown by the upper-arm switching element 30 and the lower arm switching element 40 , 1A is a circuit configuration diagram of the inverter arm 10 , 1B is a planar structural view of the inverter arm 10 , 1C is a side view of a connection side of the inverter arm 10 , and 1D is a side view of the opposite side of the connection side. The connection side refers to a side where a connection 12 which is connected to the electric power source and represented by P, the other terminal 16 , which is connected to the ground and represented by N, and an output terminal 20 which is represented by O are placed.
Der Wechselrichterarm 10 hat jeweilige Elemente in der folgenden Reihenfolge in einer Richtung von der durch VH dargestellten elektrischen Energiequelle hin zu der durch GND dargestellten Masse in Reihe geschaltet. Die Elemente sind verbunden in der Reihenfolge der elektrischen Energiequelle VH, des Anschlusses 12, der kollektorseitigen Verdrahtung 14 des Oberer-Arm-Schaltelements 30, des Oberer-Arm-Schaltelements 30, einer zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, des Unterer-Arm-Schaltelements 40, der emitterseitigen Verdrahtung 18 des Unterer-Arm-Schaltelements 40, des anderen Anschlusses 16 und GND. Die zwischenliegende Strom- bzw. Sammelschiene bzw. Zwischenleitung 22 ist eine Verdrahtung, in der die emitterseitige Verdrahtung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 und die kollektorseitige Verdrahtung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 miteinander integriert sind. Der Ausgangsanschluss 20 des Wechselrichters 10 ist aus der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 herausgezogen. The inverter arm 10 has connected respective elements in series in the direction from the electric power source represented by VH in the following order to the ground represented by GND. The elements are connected in the order of the electric power source VH, the terminal 12 , the collector-side wiring 14 of the upper arm switching element 30 , the upper-arm switching element 30 , an intermediate power or busbar 22 , the lower-arm switching element 40 , the emitter-side wiring 18 lower arm switching element 40 , the other connection 16 and GND. The intermediate power or busbar or intermediate line 22 is a wiring in which the emitter-side wiring of the upper-arm switching element 30 and the collector side wiring of the lower arm switching element 40 integrated with each other. The output terminal 20 of the inverter 10 is from the intermediate power or busbar 22 pulled out.
Der Anschluss 12, die kollektorseitige Verdrahtung 14 des Oberer-Arm-Schaltelements 30, die zwischenliegende Strom- bzw. Sammelschiene 22, die emitterseitige Verdrahtung 18 des Unterer-Arm-Schaltelements 40, der andere Anschluss 16 und der Ausgangsanschluss 20 sind leitenden Platten. Mit Ausnahme der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 sind dies flache Platten. The connection 12 , the collector-side wiring 14 of the upper arm switching element 30 , the intermediate power or busbar 22 , the emitter-side wiring 18 lower arm switching element 40 , the other connection 16 and the output terminal 20 are conductive plates. With the exception of the intermediate current or busbar 22 These are flat plates.
Wie es in 1B, 1C und 1D veranschaulicht ist, weist der Wechselrichterarm 10 eine kompakte physikalische Struktur unter Verwendung der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 auf, die eine gestufte Struktur aufweist, die untere und obere Stufen bzw. Abschnitte hat. Mit anderen Worten ist der Emitter (E) des Oberer-Arm-Schaltelements 30 mit einer unteren Fläche der oberen Stufe der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 verbunden, und ist der Kollektor (C) des Unterer-Arm-Schaltelements 40 mit einer oberen Fläche der unteren Stufe der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 verbunden. Der Kollektor (C) des Oberer-Arm-Schaltelements 30 ist mit einer oberen Fläche der kollektorseitigen Verdrahtung 14 verbunden, und der Anschluss 12 ist aus der kollektorseitigen Verdrahtung 14 herausgezogen. Der Emitter (E) des Unterer-Arm-Schaltelements 40 ist mit einer unteren Fläche der emitterseitigen Verdrahtung 18 verbunden, und der andere Anschluss 16 ist aus der emitterseitigen Verdrahtung 18 herausgezogen. Der Ausgangsanschluss 20 ist aus der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 herausgezogen. As it is in 1B . 1C and 1D is illustrated, the inverter arm 10 a compact physical structure using the intermediate busbar 22 having a stepped structure having lower and upper steps or sections. In other words, the emitter (E) of the upper arm switching element 30 with a lower surface of the upper stage of the intermediate busbar 22 connected, and is the collector (C) of the lower-arm switching element 40 with an upper surface of the lower stage of the intermediate busbar 22 connected. The collector (C) of the upper arm switching element 30 is with an upper surface of the collector-side wiring 14 connected, and the connection 12 is from the collector side wiring 14 pulled out. The emitter (E) of the lower arm switching element 40 is with a bottom surface of the emitter-side wiring 18 connected, and the other connection 16 is from the emitter-side wiring 18 pulled out. The output terminal 20 is from the intermediate power or busbar 22 pulled out.
In 1A und 1B ist eine Verdrahtungsinduktivität 50 auf der Emitterseite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 eine Induktivitätskomponente eines Teils der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 an der emitterseitigen Verdrahtung des Oberer-Arm-Schaltelements 30. Die Induktionsspannung wird erzeugt, wenn der Strom dort durchfließt. Die Detektion der Induktionsspannung wird zwischen einem Emitterdetektionspunkt 52 der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 auf der Emitterseite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 und einem ersten Detektionspunkt 54 der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 auf der Seite des Ausgangsanschlusses 20 durchgeführt. Das Potential des ersten Detektionspunkts 54 mit Bezug auf die Verdrahtungsinduktivität 50 ist niedriger als das Potential des Emitterdetektionspunkts 52. Wie es in 1B veranschaulicht ist, kann der erste Detektionspunkt 54 auf der Seite der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 von dem Ausgangsanschluss 20 eingerichtet sein. In 1A and 1B is a wiring inductance 50 on the emitter side of the upper arm switching element 30 an inductance component of a portion of the intermediate busbar 22 on the emitter-side wiring of the upper-arm switching element 30 , The induction voltage is generated when the current flows through it. The detection of the induction voltage is between an emitter detection point 52 the intermediate power or busbar 22 on the emitter side of the upper arm switching element 30 and a first detection point 54 the intermediate power or busbar 22 on the side of the output connector 20 carried out. The potential of the first detection point 54 with respect to the wiring inductance 50 is lower than the potential of the emitter detection point 52 , As it is in 1B is illustrated, the first detection point 54 on the side of the intermediate power or busbar 22 from the output terminal 20 be furnished.
Eine Verdrahtungsinduktivität 60 auf der Emitterseite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 ist eine Induktivitätskomponente der emitterseitigen Verdrahtung 18. Die Induktionsspannung wird erzeugt, wenn der Strom dort durchfließt. Die Detektion der Induktionsspannung wird zwischen einem Emitterdetektionspunkt 62 des Unterer-Arm-Schaltelements 40 an der emitterseitigen Verdrahtung 18 und einem ersten Detektionspunkt 64 der emitterseitigen Verdrahtung 18 auf der Seite des anderen Anschlusses 16 durchgeführt. Das Potential des ersten Detektionspunkts 64 mit Bezug auf die Verdrahtungsinduktivität 60 ist niedriger als das Potential des Emitterdetektionspunkts 62. Wie es in 1B veranschaulicht ist, kann der erste Detektionspunkt 64 auf der Seite der emitterseitigen Verdrahtung 18 von dem anderen Anschluss 16 eingerichtet sein. A wiring inductance 60 on the emitter side of the lower arm switching element 40 is an inductance component of the emitter-side wiring 18 , The induction voltage is generated when the current flows through it. The detection of the induction voltage is between an emitter detection point 62 lower arm switching element 40 on the emitter-side wiring 18 and a first detection point 64 the emitter-side wiring 18 on the side of the other terminal 16 carried out. The potential of the first detection point 64 with respect to the wiring inductance 60 is lower than the potential of the emitter detection point 62 , As it is in 1B is illustrated, the first detection point 64 on the side of the emitter-side wiring 18 from the other terminal 16 be furnished.
Die jeweiligen Anschlüsse und Detektionspunkte gemäß 1A sind von demjenigen mit der höchsten Spannung bis zu demjenigen mit der niedrigsten Spannung wie folgt gereiht. Mit anderen Worten sind gereiht diese in der Reihenfolge des Anschlusses 12, des Emitterdetektionspunkts 52 an der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, des ersten Detektionspunkts 54 an der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, des Ausgangsanschlusses 20, des Emitterdetektionspunkts 62 an der emitterseitigen Verdrahtung 18, des ersten Detektionspunkts 64 an der emitterseitigen Verdrahtung 18 und des anderen Anschlusses 16. The respective connections and detection points according to 1A are ranked from the one with the highest voltage to the one with the lowest voltage as follows. In other words, these are ranked in order of connection 12 , the emitter detection point 52 at the intermediate power or busbar 22 , the first detection point 54 at the intermediate power or busbar 22 , the output terminal 20 , the emitter detection point 62 on the emitter-side wiring 18 , the first detection point 64 on the emitter-side wiring 18 and the other connection 16 ,
Der Emitterdetektionspunkt 52 an der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 und der erste Detektionspunkt 54 an der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 entsprechen Detektionseinheiten, die die Induktionsspannung der emitterseitigen Verdrahtung des Schaltelements 30 detektieren, und in jeder von diesen ist eine entsprechende Anschlussleitung oder -klemme eingerichtet. Gleichermaßen entsprechen der Emitterdetektionspunkt 62 an der emitterseitigen Verdrahtung 18 und der erste Detektionspunkt 64 an der emitterseitigen Verdrahtung 18 Detektionseinheiten, die die Induktionsspannung der emitterseitigen Verdrahtung des Schaltelements 40 detektieren, und ist in jeder von diesen eine entsprechende Anschlussleitung oder -klemme eingerichtet. Die entsprechende Anschlussleitung oder -klemme dient zur Verbindung mit einem Verbindungsanschluss einer Schaltung, die die Größe der Induktionsspannung mit einer vorbestimmten Schwellenspannung vergleicht. Als die entsprechende Anschlussleitung oder -klemme kann ein metallischer Draht für Drahtbonden oder dergleichen verwendet werden. The emitter detection point 52 at the intermediate power or busbar 22 and the first detection point 54 at the intermediate power or busbar 22 Detection units corresponding to the induction voltage of the emitter-side wiring of the switching element 30 detect, and in each of these a corresponding connection line or terminal is established. Likewise, the emitter detection point corresponds 62 on the emitter-side wiring 18 and the first detection point 64 on the emitter-side wiring 18 Detection units, which are the induction voltage of the emitter-side wiring of the switching element 40 detect, and is set up in each of these a corresponding connection line or terminal. The corresponding lead or terminal is for connection to a connection terminal of a circuit which compares the magnitude of the induced voltage with a predetermined threshold voltage. As the corresponding lead or terminal, a metallic wire for wire bonding or the like can be used.
In 1A und 1B sind die Verdrahtungsinduktivitäten 50, 60 durch gestrichelte Linien gezeigt. Dies dient dazu, zu zeigen, dass die Verdrahtungsinduktivitäten 50, 60 keine individuellen Elemente darstellen, die in Form einer externen Rogowskispule oder dergleichen zusätzlich eingerichtet sind, sondern Induktivitätskomponenten darstellen, die der Verdrahtung inhärent sind. Das gleiche gilt für die folgende Darstellung. In 1A and 1B are the wiring inductances 50 . 60 shown by dashed lines. This serves to show that the wiring inductances 50 . 60 do not represent individual elements additionally set up in the form of an external Rogowski coil or the like, but represent inductance components inherent in the wiring. The same applies to the following illustration.
Nachstehend wird hierin die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung beschrieben. 2A bis 2D, die 1A bis 1D entsprechende Zeichnungen sind, zeigen die jeweiligen Verdrahtungsinduktivitäten der kollektorseitigen Verdrahtung und die jeweiligen Detektionspunkte von diesen von dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 und dem Unterer-Arm-Schaltelement 40. 2A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung des Wechselrichterarms 10. 2B ist eine ebene strukturelle Ansicht des Wechselrichterarms 10. 2C ist eine Seitenansicht der Anschlussseite des Wechselrichterarms 10, und 2D ist eine Seitenansicht der der Anschlussseite gegenüberliegenden Seite. Hereinafter, the wiring inductance of the collector-side wiring will be described. 2A to 2D , the 1A to 1D 4 are respective drawings showing the respective wiring inductances of the collector-side wiring and the respective detection points thereof from the upper-arm switching element 30 and the lower arm switching element 40 , 2A is a circuit configuration diagram of the inverter arm 10 , 2 B is a level structural view of the inverter arm 10 , 2C is a side view of the terminal side of the inverter arm 10 , and 2D is a side view of the opposite side of the connection side.
In 2A und 2B ist eine Verdrahtungsinduktivität 70 auf der Kollektorseite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 eine Induktivitätskomponente der kollektorseitigen Verdrahtung 14. Die Induktionsspannung wird erzeugt, wenn der Strom dort durchfließt. Zusätzlich ist eine Verdrahtungsinduktivität 80 auf der Kollektorseite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eine Induktivitätskomponente eines Teils der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 an der kollektorseitigen Verdrahtung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. Die Induktionsspannung wird erzeugt, wenn der Strom dort durchfließt. In 2A and 2 B is a wiring inductance 70 on the collector side of the upper arm switching element 30 an inductance component of the collector-side wiring 14 , The induction voltage is generated when the current flows through it. In addition, there is a wiring inductance 80 on the collector side of the lower arm switching element 40 an inductance component of a portion of the intermediate busbar 22 at the collector side wiring of the lower arm switching element 40 , The induction voltage is generated when the current flows through it.
Die Detektion der Induktionsspannung kann durch eine Spannungsdetektion zwischen den Detektionspunkten an beiden Enden der jeweiligen Verdrahtungsinduktivitäten 70, 80 durchgeführt werden, wie etwa mit dem unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschriebenen Inhalt. Der Kollektordetektionspunkt des Oberer-Arm-Schaltelements 30 und ein zweiter Detektionspunkt 72, der ein höheres Potential aufweist als der Kollektordetektionspunkt, werden für die Detektion der Induktionsspannung auf der Kollektorseite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 verwendet. Der Kollektordetektionspunkt des Unterer-Arm-Schaltelements 40 und ein zweiter Detektionspunkt 82, der ein höheres Potential aufweist als der Kollektordetektionspunkt, werden für die Detektion der Induktionsspannung auf der Kollektorseite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 verwendet. The detection of the induction voltage can be performed by voltage detection between the detection points at both ends of the respective wiring inductances 70 . 80 be performed, such as with reference to 1A and 1B described content. The collector detection point of the upper arm switching element 30 and a second detection point 72 , which has a higher potential than the collector detection point, are used for the detection of the induction voltage on the collector side of the upper arm switching element 30 used. The collector detection point of the lower arm switching element 40 and a second detection point 82 , which has a higher potential than the collector detection point, are used for the detection of the induction voltage on the collector side of the lower-arm switching element 40 used.
Die Detektion der Induktionsspannung auf der Kollektorseite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 kann zwischen dem zweiten Detektionspunkt 72 und einem Emitterdetektionspunkt 74 des Oberer-Arm-Schaltelements 30 durchgeführt werden, anstatt dessen, dass der Kollektordetektionspunkt und der zweite Detektionspunkt 72 verwendet werden. Das Oberer-Arm-Schaltelement 30 ist zwischen dem zweiten Detektionspunkt 72 und dem Emitterdetektionspunkt 74 verbunden, aber die Induktivitätskomponente in dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 ist wertmäßig niedriger als die Induktivitätskomponente der kollektorseitigen Verdrahtung 14. Dementsprechend ist das Potential des Emitterdetektionspunkts 74 im Wesentlichen gleich dem Potential des Kollektordetektionspunkts des Oberer-Arm-Schaltelements 30. The detection of the induction voltage on the collector side of the upper arm switching element 30 can between the second detection point 72 and an emitter detection point 74 of the upper arm switching element 30 instead of that of the collector detection point and the second detection point 72 be used. The upper-arm switching element 30 is between the second detection point 72 and the emitter detection point 74 but the inductance component in the upper arm switching element 30 is lower in value than the inductance component of the collector-side wiring 14 , Accordingly, the potential of the emitter detection point is 74 substantially equal to the potential of the collector detection point of the upper arm switching element 30 ,
Gleichermaßen kann die Detektion der Induktionsspannung auf der Kollektorseite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 zwischen dem zweiten Detektionspunkt 82 und einem Emitterdetektionspunkt 84 des Unterer-Arm-Schaltelements 40 durchgeführt werden, anstatt dessen, dass der Kollektordetektionspunkt und der zweite Detektionspunkt 82 verwendet werden. Similarly, the detection of the induction voltage on the collector side of the lower-arm switching element 40 between the second detection point 82 and an emitter detection point 84 lower arm switching element 40 instead of that of the collector detection point and the second detection point 82 be used.
Die jeweiligen Anschlüsse und Detektionspunkte gemäß 2A sind von demjenigen mit der höchsten Spannung bis zu demjenigen mit der niedrigsten Spannung wie folgt gereiht. Diese sind gereiht in der Reihenfolge des Anschlusses 12, des zweiten Detektionspunkts 72 an der kollektorseitigen Verdrahtung 14, des Emitterdetektionspunkts 74 des Oberer-Arm-Schaltelements 30, des Ausgangsanschlusses 20, des zweiten Detektionspunkts 82 an der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, des Emitterdetektionspunkts 84 des Unterer-Arm-Schaltelements 40 und des anderen Anschlusses 16. The respective connections and detection points according to 2A are ranked from the one with the highest voltage to the one with the lowest voltage as follows. These are ranked in order of connection 12 , of second detection point 72 at the collector side wiring 14 , the emitter detection point 74 of the upper arm switching element 30 , the output terminal 20 , the second detection point 82 at the intermediate power or busbar 22 , the emitter detection point 84 lower arm switching element 40 and the other connection 16 ,
Nachstehend werden hierin eine Schaltungskonfiguration der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung mit angebrachter bzw. angeschlossener Kurzschlussstrom-Detektionseinheit, die eine schnelle Fähigkeit der Verdrahtungsinduktivität zur Detektion einer Stromänderungsrate nutzt, sowie ein Zeitdiagramm bezüglich eines Betriebs von dieser beschrieben. Während einer Ansteuerung für den Wechselrichterarm 10, der in 1 und 2 veranschaulicht ist, wird ein Schaltelement einem AUS-Betrieb unterzogen, wenn das andere Schaltelement einem EIN-Betrieb unterzogen wird. Es wird eine angemessene Tot- bzw. Stillstandszeit bereitgestellt, sodass ein Durchgangsstromfluss vermieden wird und eine EIN-AUS-Zeitsteuerung von einem und eine EIN-AUS-Zeitsteuerung von dem anderen einander nicht entsprechen. Hereinafter, a circuit configuration of the electric power conversion apparatus with attached short-circuit current detection unit using a rapid capability of the wiring inductance for detecting a rate of change of current, and a timing chart relating to an operation thereof will be described herein. During a drive for the inverter arm 10 who in 1 and 2 is illustrated, a switching element is subjected to an OFF operation when the other switching element is subjected to an ON operation. An adequate dead time is provided so that a through current flow is avoided and an ON-OFF timing of one and an ON-OFF timing of the other do not correspond to each other.
Entweder das Oberer-Arm-Schaltelement 30 oder das Unterer-Arm-Schaltelement 40, die in Reihe geschaltet sind, unterliegt der Kurzschlussstörung in zwei Modi, wobei einer einen Fall darstellt, in dem eines der Schaltelemente der Kurzschlussstörung unterliegt, wenn das andere Schaltelement dem AUS-Betrieb unterzogen wird, und der andere einen Fall darstellt, in dem eines der Schaltelemente der Kurzschlussstörung unterliegt, wenn das andere Schaltelement dem EIN-Betrieb unterzogen wird. Eine Detektion der Kurzschlussstörung wird durch das Schaltelement auf der Seite ohne Kurzschlussstörung durchgeführt. Bei der erstgenannten Methode bleibt jedoch das Schaltelement AUS, das die Detektion durchführen soll, wenn die Kurzschlussstörung auftritt, und daher wird die Detektion durch die Tot- bzw. Stillstandszeit verzögert, bis dieses Schaltelement EIN geschaltet wird. Bei der letztgenannten Methode ist das Schaltelement, das die Detektion durchführen soll, bereits in einem EIN-Zustand, wenn die Kurzschlussstörung auftritt, und somit kann die Kurzschlussstörungsdetektion auf schnelle Art und Weise durchgeführt werden. Either the upper-arm switching element 30 or the lower arm switching element 40 , which are connected in series, is subject to the short-circuit fault in two modes, one representing a case in which one of the switching elements is subject to the short circuit failure when the other switching element is subjected to the OFF operation, and the other represents a case in which one the switching elements of the short-circuit fault is subject when the other switching element is subjected to the ON operation. Detection of the short-circuit fault is performed by the switching element on the side without short-circuit fault. However, in the former method, the switching element which is to perform the detection when the short-circuit failure occurs remains, and therefore the detection is delayed by the dead time until this switching element is turned ON. In the latter method, the switching element to perform the detection is already in an ON state when the short-circuit failure occurs, and thus the short-circuit noise detection can be performed quickly.
In der folgenden Beschreibung wird die Kurzschlussstörung durch die Detektion dahingehend detektiert, ob der Strom, der durch das Schaltelement fließt, das in dem EIN-Betrieb ist, der Kurzschlussstrom ist oder nicht. Zusätzlich wird die große Fähigkeit der Verdrahtungsinduktivität zur Detektion einer Stromänderungsrate verwendet, sodass die Detektion auf schnelle Art und Weise durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 40 dadurch detektiert, dass die Verdrahtungsinduktivität des Unterer-Arm-Schaltelements 40 zu Zwecken einer Kurzschlussstromdetektion verwendet wird. Die Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 wird dadurch detektiert, dass die Verdrahtungsinduktivität des Oberer-Arm-Schaltelements 30 zu Zwecken einer Kurzschlussstromdetektion verwendet wird. In the following description, the short-circuit failure is detected by the detection as to whether or not the current flowing through the switching element that is in the ON operation is the short-circuit current. In addition, the great ability of the wiring inductance to detect a rate of change of current is used, so that the detection is performed quickly. In other words, the short circuit disturbance of the upper arm switching element becomes 40 detected by the wiring inductance of the lower arm switching element 40 is used for short-circuit current detection purposes. The short circuit fault of the lower arm switching element 40 is detected by the wiring inductance of the upper arm switching element 30 is used for short-circuit current detection purposes.
3A und 3B sind Schaltungskonfigurationsdarstellungen von elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 10a, 10b mit angebrachter bzw. angeschlossener Kurzschlussstrom-Detektionseinheit, die die Verdrahtungsinduktivität der emitterseitigen Verdrahtung verwenden. 3A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung zu einer Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30, und 3B ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung zu einer Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. Es ist unbekannt, ob das Oberer-Arm-Schaltelement 30 der Kurzschlussstörung unterliegt oder das Unterer-Arm-Schaltelement 40 der Kurzschlussstörung unterliegt, und daher hat weist elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung eine Konfiguration auf, in der die Konfiguration, die in 3A veranschaulicht ist, und die Konfiguration, die in 3B veranschaulicht ist, miteinander kombiniert sind. In der folgenden Beschreibung werden jedoch Merkmale der zwei Konfigurationen für die Kurzschlussstörungsdetektion separat beschrieben. 3A and 3B FIG. 13 is circuit configuration diagrams of electric power conversion devices. FIG 10a . 10b with attached short-circuit current detection unit using the wiring inductance of the emitter-side wiring. 3A FIG. 12 is a circuit configuration diagram at a time of detection of the short circuit disturbance of the upper arm switching element 30 , and 3B FIG. 12 is a circuit configuration diagram at a time of detection of the short circuit disturbance of the lower arm switching element 40 , It is unknown if the upper-arm switching element 30 the short-circuit fault is subject or the lower-arm switching element 40 is subject to the short circuit fault, and therefore, the electric power conversion apparatus has a configuration in which the configuration shown in FIG 3A is illustrated, and the configuration that is in 3B is illustrated, combined with each other. In the following description, however, features of the two configurations for the short-circuit noise detection will be described separately.
Bei der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10a, die in 3A veranschaulicht ist, ist eine Ansteuerschaltung 90 eine Schaltung, die mit einem Gate des Oberer-Arm-Schaltelements 30 des Wechselrichterarms 10 verbunden ist und eine EIN-AUS-Steuerung auf dem bzw. mit Bezug auf das Oberer-Arm-Schaltelement 30 durchführt. Eine Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 92 umfasst eine Ansteuerschaltung 94 und einen Komparator 96 für die Kurzschlussstromdetektion darin. Die Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 92 ist eine Unterer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit, die auf der Seite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eingerichtet ist und den Kurzschlussstrom detektiert, der durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt, wenn das Oberer-Arm-Schaltelement 30 der Kurzschlussstörung unterliegt. Die Ansteuerschaltung 94 ist eine Schaltung des gleichen Inhalts wie die Ansteuerschaltung 90, und die Ansteuerschaltung 94 ist mit einem Gate des Unterer-Arm-Schaltelements 40 verbunden und führt eine EIN-AUS-Steuerung auf dem bzw. mit Bezug auf das Unterer-Arm-Schaltelement 40 durch. Ein Gatewiderstand 98 ist ein widerstandsbehaftetes Element, das einen Gatewiderstand des Unterer-Arm-Schaltelements 40 auf einen angemessenen Wert anpasst. Ein ähnlicher Gatewiderstand 99 (siehe 3B) ist ebenso in der Ansteuerschaltung 90 eingerichtet, aber der Gatewiderstand 99 ist in 3A nicht veranschaulicht. Eine drehende elektrische Maschine 100 ist ein Beispiel einer Last der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10a. Ein Glättungskondensator 102 ist ein kapazitives Element, das eine Spannungsschwankung und eine Stromschwankung zwischen dem Anschluss 12 und dem anderen Anschluss 16 des Wechselrichterarms 10 unterbindet. In the electric power conversion device 10a , in the 3A is a driving circuit 90 a circuit connected to a gate of the upper arm switching element 30 of the inverter arm 10 is connected and an ON-OFF control on or with respect to the upper-arm switching element 30 performs. A short-circuit current detection unit 92 includes a drive circuit 94 and a comparator 96 for the short circuit current detection therein. The short-circuit current detection unit 92 is a lower-arm short-circuit current detection unit located on the lower arm switching element side 40 is established and the short-circuit current detected by the lower-arm switching element 40 flows when the upper-arm switching element 30 the short-circuit fault is subject. The drive circuit 94 is a circuit of the same content as the drive circuit 90 , and the drive circuit 94 is connected to a gate of the lower arm switching element 40 connected and performs an ON-OFF control on or with respect to the lower-arm switching element 40 by. A gate resistance 98 is a resistive element that has a gate resistance of the lower arm switching element 40 adjusted to a reasonable value. A similar gate resistance 99 (please refer 3B ) is also in the drive circuit 90 set up, but the gate resistance 99 is in 3A not illustrated. A rotating one electric machine 100 is an example of a load of the electric power conversion device 10a , A smoothing capacitor 102 is a capacitive element that has a voltage swing and a current swing between the port 12 and the other connection 16 of the inverter arm 10 in derogation.
Wenn sich der Wechselrichterarm 10 in einem normalen Betrieb befindet, fließt der Strom zwischen dem Schaltelement und der drehenden elektrischen Maschine 100. Zu dieser Zeit wird der Strom jedoch durch die Induktivitätskomponente der drehenden elektrischen Maschine 100 begrenzt, und daher ist eine Stromänderungsrate (di/dt) relativ niedrig. Wenn das Schaltelement der Kurzschlussstörung unterliegt, fließt dagegen der Strom direkt von dem Glättungskondensator 102 in das Schaltelement, und daher ist die Stromänderungsrate (di/dt) viel höher und wird sie in einigen Fällen ungefähr 1000-Mal höher als diejenige während des normalen Betriebs. Dementsprechend muss der Betrieb des Wechselrichterarms 10 gestoppt werden, indem die Kurzschlussstörung des Schaltelements schnell detektiert wird. When the inverter arm 10 is in normal operation, the current flows between the switching element and the rotating electrical machine 100 , At this time, however, the current becomes through the inductance component of the rotary electric machine 100 limited, and therefore, a rate of change of current (di / dt) is relatively low. On the other hand, when the switching element is subject to the short-circuit fault, the current flows directly from the smoothing capacitor 102 in the switching element, and therefore, the rate of change of current (di / dt) is much higher and, in some cases, becomes about 1000 times higher than that during normal operation. Accordingly, the operation of the inverter arm 10 be stopped by the short-circuit fault of the switching element is detected quickly.
In 3A ist es das Oberer-Arm-Schaltelement 30, das der Kurzschlussstörung unterliegt, und ist daher ein externes Gate-Signal, das an die Ansteuerschaltung 90 des Oberer-Arm-Schaltelements 30 eingegeben wird, auf einem Lo-Pegel. Ein externes Gatesignal, das an die Ansteuerschaltung 94 des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eingegeben wird, ist auf einem Hi-Pegel. Der Lo-Pegel ist eine Gatespannung, auf der das Schaltelement AUS geschaltet wird/ist, und der Hi-Pegel ist eine Gatespannung, auf der das Schaltelement EIN geschaltet wird/ist. In 3A it is the upper-arm switching element 30 , which is subject to the short circuit fault, and is therefore an external gate signal to the drive circuit 90 of the upper arm switching element 30 is entered at a Lo level. An external gate signal connected to the drive circuit 94 lower arm switching element 40 is input is at a Hi level. The Lo level is a gate voltage on which the switching element is turned OFF, and the Hi level is a gate voltage on which the switching element is turned ON.
Der Komparator 96 für die Kurzschlussstromdetektion ist eine Vergleichseinheit, die die in der Verdrahtungsinduktivität 60 erzeugte Induktionsspannung mit einer vorbestimmten Schwellenspannung VREF vergleicht. Zusätzlich ist der Komparator 96 für die Kurzschlussstromdetektion eine Ausgabeeinheit, die ein vorbestimmtes Signal basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs ausgibt. Der erste Detektionspunkt 64 der Verdrahtungsinduktivität 60 ist über eine Referenzspannungsquelle, die die vorbestimmte Schwellenspannung VREF für die Kurzschlussstromdetektion bereitstellt, mit einem plusseitigen Eingangsanschluss des Komparators 96 verbunden, welcher einen von zwei Eingangsanschlüssen des Komparators 96 darstellt. Außerdem ist der Emitterdetektionspunkt 62 der Verdrahtungsinduktivität 60 mit einem minusseitigen Eingangsanschluss verbunden. Der Komparator 96 gibt den Lo-Pegel aus, wenn die Spannung zwischen dem ersten Detektionspunkt 64 und dem Emitterdetektionspunkt 62 niedriger ist als die Schwellenspannung VREF, und gibt den Hi-Pegel aus, wenn die Spannung zwischen dem ersten Detektionspunkt 64 und dem Emitterdetektionspunkt 62 gleich oder höher der Schwellenspannung VREF ist. Wenn die Spannung zwischen dem ersten Detektionspunkt 64 und dem Emitterdetektionspunkt 62 gleich oder höher der Schwellenspannung VREF ist, ist der Strom, der durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt, ein überhöhter Kurzschlussstrom. The comparator 96 for the short-circuit current detection is a comparison unit that in the wiring inductance 60 generated induction voltage with a predetermined threshold voltage V REF compares. In addition, the comparator 96 for short-circuit current detection, an output unit that outputs a predetermined signal based on a result of the comparison. The first detection point 64 the wiring inductance 60 is connected to a plus side input terminal of the comparator via a reference voltage source providing the predetermined threshold voltage V REF for the short-circuit current detection 96 connected, which one of two input terminals of the comparator 96 represents. In addition, the emitter detection point is 62 the wiring inductance 60 connected to a minus-side input terminal. The comparator 96 outputs the Lo level when the voltage is between the first detection point 64 and the emitter detection point 62 is lower than the threshold voltage V REF , and outputs the Hi level when the voltage between the first detection point 64 and the emitter detection point 62 is equal to or higher than the threshold voltage V REF . When the voltage between the first detection point 64 and the emitter detection point 62 is equal to or higher than the threshold voltage V REF , is the current flowing through the lower arm switching element 40 flows, an excessive short-circuit current.
Die Schwellenspannung VREF kann als Induktionsspannung bestimmt werden/sein, die erzeugt wird, wenn der Kurzschlussstrom durch die Verdrahtungsinduktivität 60 fließt. Diese Induktionsspannung ist {(10 kA/µs) × 5 nH} = 50 V, wenn die Stromänderungsrate (di/dt) des Kurzschlussstroms gleich 10 kA/µs ist und die Größe der Verdrahtungsinduktivität 60 gleich 5 nH ist. Wenn die Schwellenspannung VREF zum Beispiel 30 V ist, gibt der Komparator 96 den Hi-Pegel aus, wenn der Kurzschlussstrom durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. Auf diese Art und Weise führt der Komparator 96, der auf der Seite des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eingerichtet ist, die Detektion des Kurzschlussstroms durch, der durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt, wenn das Oberer-Arm-Schaltelement 30 der Kurzschlussstörung unterliegt. The threshold voltage V REF may be determined to be the induction voltage that is generated when the short-circuit current through the wiring inductance 60 flows. This induction voltage is {(10 kA / μs) × 5 nH} = 50 V when the current change rate (di / dt) of the short-circuit current is 10 kA / μs and the size of the wiring inductance 60 is equal to 5 nH. For example, when the threshold voltage V REF is 30V , the comparator outputs 96 the Hi level when the short-circuit current through the lower-arm switching element 40 flows. This is how the comparator performs 96 which is on the side of the lower arm switching element 40 is arranged, the detection of the short-circuit current through, by the lower-arm switching element 40 flows when the upper-arm switching element 30 the short-circuit fault is subject.
Obwohl die Verdrahtungsinduktivität 60, die eine Größe von 5 nH aufweist, vorstehend als Beispiel beschrieben wurde, wird eine Größe Lds der Verdrahtungsinduktivität, die erforderlich ist, damit der Kurzschlussstrom detektiert werden kann, in der folgenden Art und Weise erhalten. Die Größe Lds der Verdrahtungsinduktivität, die erforderlich ist, damit der Kurzschlussstrom detektiert werden kann, ist Lds > {Vdmin/(di/dt)sc}, wenn der Komparator 96 eine minimale Detektionsspannung Vdmin aufweist und die Stromänderungsrate zu einer Zeit eines Kurzschlusses gleich (di/dt)sc ist. Lds > {30 V/(10 kA/µs)} ist 3 nH, falls (di/dt) sc = 10 kA/µs und Vdmin = Schwellenspannung VREF = 30 V gilt. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist Lds gleich 5 nH, und daher ist diese Bedingung erfüllt. In einem anderen Beispiel wird ein Lds von ungefähr 1 nH ausreichen, falls Vdmin = Schwellenspannung VREF = 10 V gilt. Diese Größe liegt in einem Wertebereich, der durch die Verdrahtungsinduktivität hinreichend abgedeckt werden kann, ohne dass eine zusätzliche Rogowskispule für die Detektion eingerichtet wird/ist. Although the wiring inductance 60 , which has a size of 5nH, described above as an example, a wiring inductance amount Lds required for detecting the short-circuit current is obtained in the following manner. The amount Lds of the wiring inductance required for the short-circuit current to be detected is Lds> {Vdmin / (di / dt) sc} when the comparator 96 has a minimum detection voltage Vdmin and the current change rate at a time of short circuit is equal to (di / dt) sc. Lds> {30 V / (10 kA / μs)} is 3 nH if (di / dt) sc = 10 kA / μs and Vdmin = threshold voltage V REF = 30 V. In the example described above, Lds is equal to 5 nH, and therefore this condition is satisfied. In another example, an Lds of about 1 nH will suffice if Vdmin = threshold voltage V REF = 10V. This size is in a range of values that can be sufficiently covered by the wiring inductance without setting up an additional Rogowski coil for detection.
Die Ansteuerschaltung 64 nimmt UND von dem externen Gatesignal von einer (nicht veranschaulichten) externen Steuerschaltung und einem Umkehrsignal eines Ausgabesignals des Komparators 96 und gibt dieses an das Gate des Unterer-Arm-Schaltelements 40 als Unterer-Arm-Gatespannung LG ein. Wenn das Ausgabesignal des Komparators 96 auf dem Lo-Pegel ist, wird dementsprechend das Unterer-Arm-Schaltelement 40 in Erwiderung auf das externe Gatesignal angesteuert. Wenn das externe Gatesignal auf dem Hi-Pegel ist, erreicht die Unterer-Arm-Gatespannung LG den Hi-Pegel, und wird das Unterer-Arm-Schaltelement 40 in den EIN-Zustand versetzt. Wenn das Ausgabesignal des Komparators 96 dagegen auf dem Hi-Pegel ist, erreicht die Unterer-Arm-Gatespannung LG ungeachtet des externen Gatesignals den Lo-Pegel, und wird das Unterer-Arm-Schaltelement 40 AUS geschaltet. Auf diese Art und Weise wird der Fluss des überhöhten Kurzschlussstroms durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 detektiert, und wird das Unterer-Arm-Schaltelement 40 schnell AUS geschaltet und geschützt. The drive circuit 64 takes AND of the external gate signal from an external control circuit (not shown) and an inversion signal of an output signal of the comparator 96 and gives it to the gate of the lower arm switching element 40 as the lower-arm gate voltage LG. When the output signal of the comparator 96 is at the Lo level, accordingly, the lower arm switching element 40 triggered in response to the external gate signal. When the external gate signal is at the Hi level, the lower level reaches Arm gate voltage LG the Hi level, and is the lower-arm switching element 40 put in the ON state. When the output signal of the comparator 96 whereas, at the Hi level, the lower-arm gate voltage LG reaches the Lo level irrespective of the external gate signal, and becomes the lower-arm switching element 40 Switched off. In this way, the flow of the excessive short-circuit current through the lower-arm switching element becomes 40 detects, and becomes the lower-arm switching element 40 quickly switched OFF and protected.
3B zeigt eine Schaltungskonfiguration zu der Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. 3B ist in der Grundkonfiguration gleich 3A, und entsprechende Elemente sind dergestalt veranschaulicht, dass Eins zu den Bezugszeichen von diesen addiert ist. Hierbei ist das externe Gatesignal, das an eine Ansteuerschaltung 91 des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eingegeben wird, auf dem Lo-Pegel, und ist das externe Gatesignal, das an eine Ansteuerschaltung 95 des Oberer-Arm-Schaltelements 30 eingegeben wird, auf dem Hi-Pegel. 3B FIG. 12 shows a circuit configuration at the time of detection of the short circuit disturbance of the lower arm switching element 40 , 3B is the same in the basic configuration 3A and corresponding elements are illustrated such that one is added to the reference numerals thereof. Here, the external gate signal is connected to a drive circuit 91 lower arm switching element 40 is input to the Lo level, and is the external gate signal to a drive circuit 95 of the upper arm switching element 30 is entered at the Hi level.
Es ist die Verdrahtungsinduktivität 50 an einem Teil der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, der der emitterseitigen Verdrahtung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 entspricht, die für die Kurzschlussstörungsdetektion verwendet wird. Eine Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 93 ist eine Oberer-Arm-Kurzschlussstrom-Detektionseinheit, die auf der Seite des Oberer-Arm-Schaltelements 30 eingerichtet ist und den Kurzschlussstrom detektiert, der durch das Oberer-Arm-Schaltelement 30 fließt, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement 40 der Kurzschlussstörung unterliegt. Der erste Detektionspunkt 54 der Verdrahtungsinduktivität 50 ist über die Referenzspannungsquelle, die die Schwellenspannung VREF für die Kurzschlussstromdetektion bereitstellt, mit einem plusseitigen Eingangsanschluss eines Komparators 97 verbunden, der einen von zwei Eingangsanschlüssen des Komparators 97 in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 93 darstellt. Zusätzlich ist der Emitterdetektionspunkt 52 der Verdrahtungsinduktivität 50 mit einem minusseitigen Eingangsanschluss verbunden. It is the wiring inductance 50 on a part of the intermediate power or busbar 22 , that of the emitter-side wiring of the upper-arm switching element 30 corresponds to that used for the short-circuit fault detection. A short-circuit current detection unit 93 is an upper arm short-circuit current detection unit located on the upper arm switching element side 30 is established and the short-circuit current detected by the upper-arm switching element 30 flows when the lower arm switching element 40 the short-circuit fault is subject. The first detection point 54 the wiring inductance 50 is via the reference voltage source, which provides the threshold voltage V REF for the short-circuit current detection, with a plus-side input terminal of a comparator 97 connected to one of two input terminals of the comparator 97 in the short-circuit current detection unit 93 represents. In addition, the emitter detection point 52 the wiring inductance 50 connected to a minus-side input terminal.
In dieser Konfiguration wird die Induktionsspannung in der Verdrahtungsinduktivität 50 erzeugt, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement 40 dem Kurzschluss unterliegt und ein überhöhter Strom durch das Oberer-Arm-Schaltelement 30 fließt. Wenn ein Ausgabesignal des Komparators 97 den Hi-Pegel erreicht, wenn dies detektiert wird, erreicht eine Oberer-Arm-Gatespannung UG ungeachtet des externen Gatesignals den Lo-Pegel, und wird das Oberer-Arm-Schaltelement 30 AUS geschaltet. Auf diese Art und Weise wird der Fluss des überhöhten Kurzschlussstroms durch das Oberer-Arm-Schaltelement 30 detektiert und wird das Oberer-Arm-Schaltelement 30 schnell AUS geschaltet und geschützt. In this configuration, the induction voltage in the wiring inductance becomes 50 generated when the lower arm switching element 40 subject to the short circuit and an excessive current through the upper arm switching element 30 flows. When an output signal of the comparator 97 reaches the Hi level, when detected, an upper arm gate voltage UG attains the Lo level irrespective of the external gate signal, and becomes the upper arm switching element 30 Switched off. In this way, the flow of the excessive short-circuit current through the upper-arm switching element becomes 30 detects and becomes the upper-arm switching element 30 quickly switched OFF and protected.
Da 3A und 3B hinsichtlich einer konfigurations- bzw. strukturmäßigen Wirkung einander gleichen, wird die konfigurations- bzw. strukturmäßige Wirkung unter Bezugnahme auf 4A und 4B und 3A als repräsentative Zeichnung ausführlicher beschrieben. 4A ist ein Zeitdiagramm, das einen Zustand von jedem Element zu einer Zeit des normalen Betriebs des Wechselrichterarms 10 ohne die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 veranschaulicht. 4B ist ein Zeitdiagramm, das den Zustand von jedem Element zu einer Zeit der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 veranschaulicht. In jeder der Zeichnungen stellt die horizontale Achse die Zeit dar und stellt die vertikale Achse einen Pegelzustand oder einen Spannungszustand von jedem Element dar. Der oberste Abschnitt auf der vertikalen Achse stellt einen Pegelzustand eines externen Oberer-Arm-Gatesignals dar, das an die Ansteuerschaltung 90 eingegeben wird, und der zweite Abschnitt von einer oberen Seite stellt einen Pegelzustand eines externen Unterer-Arm-Gatesignals dar, das an die Ansteuerschaltung 94 eingegeben wird. Der dritte Abschnitt von der oberen Seite stellt einen Pegelzustand der Oberer-Arm-Gatespannung UG dar, und der vierte Abschnitt von der oberen Seite stellt einen Pegelzustand der Unterer-Arm-Gatespannung LG dar. Der fünfte Abschnitt von der oberen Seite stellt einen Spannungspegel einer Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 dar, und der unterste Abschnitt stellt einen Ausgabepegel des Komparators 96 dar. There 3A and 3B in terms of a configuration or structurally equivalent effect, the configuration or structural effect with reference to 4A and 4B and 3A as a representative drawing described in more detail. 4A FIG. 13 is a timing chart showing a state of each element at a time of normal operation of the inverter arm. FIG 10 without the short circuit fault of the upper arm switching element 30 illustrated. 4B FIG. 15 is a timing chart showing the state of each element at a time of short circuit failure of the upper arm switching element 30 illustrated. In each of the drawings, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents a level state or a voltage state of each element. The top portion on the vertical axis represents a level state of an external upper arm gate signal applied to the drive circuit 90 is input, and the second section from an upper side represents a level state of an external lower-arm gate signal applied to the drive circuit 94 is entered. The third section from the upper side represents a level state of the upper arm gate voltage UG, and the fourth section from the upper side represents a level state of the lower arm gate voltage LG. The fifth section from the upper side represents a voltage level of one Voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 and the lowermost section represents an output level of the comparator 96 represents.
In 4A, gemäß der sich der Wechselrichterarm 10 in dem normalen Betrieb befindet, ist Zeit t1 bis Zeit t7 eine Periode, in der das externe Oberer-Arm-Gatesignal auf dem Lo-Pegel ist, und ist Zeit t2 bis Zeit t6 eine Periode, in der das externe Unterer-Arm-Gatesignal auf dem Hi-Pegel ist. Die Periode von Zeit t1 bis Zeit t2 und die Periode von Zeit t6 bis Zeit t7 sind die Tot- bzw. Stillstandszeiten. Die Oberer-Arm-Gatespannung UG ändert sich mit einer Verzögerung, die einer Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeig der Ansteuerschaltung 90 entspricht, gegenüber dem externen Oberer-Arm-Gatesignal. In 4A ist die Oberer-Arm-Gatespannung UG von Zeit t1 bis Zeit t7 auf dem Lo-Pegel, wenn die Schaltungsverarbeitungsverzögerungzeit vernachlässigbar ist, und wird/ist das Oberer-Arm-Schaltelement 30 in dieser Periode AUS geschaltet. Gleichermaßen ändert sich die Unterer-Arm-Gatespannung LG mit einer Verzögerung, die einer Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeit der Ansteuerschaltung 94 entspricht, gegenüber dem externen Unterer-Arm-Gatesignal. In 4A ist die Unterer-Arm-Gatespannung LG von Zeit t2 bis Zeit t6 auf dem Hi-Pegel, wenn die Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeit vernachlässigbar ist, und wird/ist das Unterer-Arm-Schaltelement 40 in dieser Periode EIN geschaltet. In 4A , according to which the inverter arm 10 is in the normal operation, time t1 to time t7 is a period in which the external upper arm gate signal is at the Lo level, and time t2 to time t6 is a period in which the external lower arm gate signal is at the Hi level. The period from time t1 to time t2 and the period from time t6 to time t7 are the dead times. The upper arm gate voltage UG changes with a delay corresponding to a circuit processing delay indication of the drive circuit 90 corresponds to the external upper-arm gate signal. In 4A For example, the upper arm gate voltage UG is at the Lo level from time t1 to time t7 when the circuit processing delay time is negligible, and becomes / is the upper arm switching element 30 switched OFF during this period. Likewise, the lower arm gate voltage LG changes with a delay corresponding to a circuit processing delay time of the drive circuit 94 corresponds to the external lower arm gate signal. In 4A is the lower-arm gate voltage LG from time t2 to time t6 at the Hi level when the Circuit processing delay time is negligible, and becomes / is the lower-arm switching element 40 ON during this period.
Die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 ist eine Spannung, die daraus resultiert, dass ein EIN-Widerstand mit einem EIN-Strom multipliziert wird, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement 40 EIN geschaltet ist. In einem Beispiel der Stromänderungsrate des EIN-Stroms ist (di/dt) ungefähr 10 A/µs. Wenn die Verdrahtungsinduktivität 60 eine Größe von 5 nH hat, ist die Induktionsspannung, die in der Verdrahtungsinduktivität 60 erzeugt wird, gleich {(10 A/µs) × 5 nH} = 50 mV. Die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter steigt durch/um diese Induktionsspannung. The voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 is a voltage resulting from multiplying an ON resistance by an ON current when the lower arm switching element 40 ON is switched. In an example of the current change rate of the ON current, (di / dt) is about 10 A / μs. When the wiring inductance 60 has a size of 5 nH, the induction voltage is in the wiring inductance 60 is equal to {(10 A / μs) × 5 nH} = 50 mV. The voltage V CE between the collector and the emitter rises by / around this induction voltage.
Der Komparator 96 vergleicht diese Induktionsspannung mit der Schwellenspannung VREF. Die Induktionsspannung beträgt 50 mV von Zeit t2 bis Zeit t6. Der Komparator 96 hat eine Lo-Pegel-Ausgabe, wenn die Schwellenspannung VREF des Komparators 96 bei 30 V liegt, und es wird bestimmt, dass der Kurzschlussstrom nicht durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. The comparator 96 compares this induction voltage with the threshold voltage V REF . The induction voltage is 50 mV from time t2 to time t6. The comparator 96 has a Lo-level output when the threshold voltage V REF of the comparator 96 is at 30 V, and it is determined that the short-circuit current is not through the lower-arm switching element 40 flows.
4B ist ein Zeitdiagramm zu einer Zeit, zu der die Kurzschlussstörung in dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 zu Zeit t3 auftritt. Der Inhalt der horizontalen Achse und der Inhalt der vertikalen Achse sind gleich wie in 4A. Hierbei befindet sich der Wechselrichterarm 10 in dem normalen Betrieb, beträgt die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter gleich 50 V, und ist die Ausgabe des Komparators 96 bis unmittelbar vor Zeit t3 auf dem Lo-Pegel. Sobald die Kurzschlussstörung in dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 zu Zeit t3 auftritt, wird die Induktionsspannung in der Verdrahtungsinduktivität 60 nahezu zu der gleichen Zeit erzeugt, zu der der Kurzschlussstrom durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. Die Induktionsspannung beträgt {(10 kA/µs) × 5 nH} = 50 V, wenn die Stromänderungsrate (di/dt) des Kurzschlussstroms 10 kA/µs ist und die Größe der Verdrahtungsinduktivität 60 gleich 5 nH ist. 4B FIG. 12 is a timing chart at a time when the short circuit failure in the upper arm switching element. FIG 30 occurs at time t3. The contents of the horizontal axis and the contents of the vertical axis are the same as in 4A , Here is the inverter arm 10 in normal operation, the voltage V CE between the collector and the emitter is equal to 50V, and is the output of the comparator 96 until just before time t3 at the Lo level. Once the short circuit fault in the upper arm switching element 30 occurs at time t3, the induction voltage in the wiring inductance becomes 60 generated at almost the same time, to which the short-circuit current through the lower-arm switching element 40 flows. The induction voltage is {(10 kA / μs) × 5 nH} = 50 V when the current change rate (di / dt) of the short-circuit current is 10 kA / μs and the size of the wiring inductance 60 is equal to 5 nH.
Die Induktionsspannung ist zu Zeit t3, zu der die Induktionsspannung und die Schwellenspannung VREF miteinander verglichen werden, wie in 4A, gleich 50 V. Der Komparator 96 hat eine Hi-Pegel-Ausgabe, wenn die Schwellenspannung VREF des Komparators bei 30 V liegt, und es wird bestimmt, dass der Kurzschlussstrom durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. The induction voltage is at time t3 at which the induction voltage and the threshold voltage V REF are compared with each other, as in FIG 4A , equal to 50 V. The comparator 96 has a Hi-level output when the threshold voltage V REF of the comparator is 30 V, and it is determined that the short-circuit current through the lower-arm switching element 40 flows.
Der Komparator 96 weist die Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeit auf, und daher wird der Hi-Pegel an die Ansteuerschaltung 94 zu Zeit t4 ausgegeben. Die Ansteuerschaltung 94 weist ebenso die Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeit auf, und daher wird das Unterer-Arm-Schaltelement 40 zu Zeit t5 zwangsweise AUS geschaltet. Zeit t5 ist eine Zeit vor Zeit t6, zu der das externe Unterer-Arm-Gatesignal AUS geschaltet wird, und daher wird das Unterer-Arm-Schaltelement 40 vor einer Beeinträchtigung bzw. Schädigung durch den Kurzschlussstrom geschützt. Die Periode nach Zeit t6 ist gleich derjenigen, die in 4A veranschaulicht ist. Wie es vorstehend beschrieben ist, weist die Verdrahtungsinduktivität 60 die große Fähigkeit einer Detektion einer Stromänderungsrate auf, und daher kann sie die Kurzschlussstromdetektion auf schnelle Art und Weise durchführen. The comparator 96 has the circuit processing delay time, and therefore the Hi level becomes the drive circuit 94 issued at time t4. The drive circuit 94 also has the circuit processing delay time, and therefore, the lower arm switching element becomes 40 forcibly switched off at time t5. Time t5 is a time before time t6 when the external lower-arm gate signal is turned OFF, and therefore, the lower-arm switching element becomes 40 protected against impairment or damage by the short-circuit current. The period after time t6 is the same as that in 4A is illustrated. As described above, the wiring inductance 60 the great ability to detect a rate of change of current, and therefore it can perform the short circuit current detection in a fast manner.
5A und 5B sind Schaltungskonfigurationsdarstellungen von elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 10c, 10d mit angebrachter bzw. angeschlossener Kurzschlussstromdetektionseinheit, die die Verdrahtungsinduktivität der kollektorseitigen Verdrahtung verwenden. 5A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung zu einer Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30, und 5B ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung zu einer Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. Wie es unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschrieben ist, ist es unbekannt, ob das Oberer-Arm-Schaltelement 30 der Kurzschlussstörung unterliegt oder das Unterer-Arm-Schaltelement 40 der Kurzschlussstörung unterliegt, und werden daher Merkmale der zwei Konfigurationen für die Kurzschlussstörungsdetektion hierin nachstehend separat beschrieben. 5A and 5B FIG. 13 is circuit configuration diagrams of electric power conversion devices. FIG 10c . 10d with attached short circuit current detection unit using the wiring inductance of the collector side wiring. 5A FIG. 12 is a circuit configuration diagram at a time of detection of the short circuit disturbance of the upper arm switching element 30 , and 5B FIG. 12 is a circuit configuration diagram at a time of detection of the short circuit disturbance of the lower arm switching element 40 , As it is referring to 3A and 3B is described, it is unknown whether the upper-arm switching element 30 the short-circuit fault is subject or the lower-arm switching element 40 is subject to the short circuit fault, and therefore, features of the two configurations for the short circuit noise detection will be described separately below.
Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 10c gemäß 5A, die die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 detektiert, unterscheidet sich von der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10a, die in 3A veranschaulicht ist. Hierbei wird die Verdrahtungsinduktivität 80 an einem Teil der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22, der der kollektorseitigen Verdrahtung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 entspricht, für die Kurzschlussstromdetektion verwendet. Der Emitterdetektionspunkt 84 der Verdrahtungsinduktivität 80 ist über die Referenzspannungsquelle, die die Schwellenspannung VREF für die Kurzschlussstromdetektion bereitstellt, mit einem plusseitigen Eingangsanschluss eines Komparators 112 verbunden, der einen von zwei Eingangsanschlüssen des Komparators 112 für die Kurzschlussstromdetektion darstellt, der in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 110 umfasst ist. Der zweite Detektionspunkt 82 der Verdrahtungsinduktivität 80 ist mit einem minusseitigen Eingangsanschluss verbunden. Eine Diode 106 ist ein Gleichrichterelement, das den auf einer hohen Spannung arbeitenden Wechselrichterarm 10 und die auf einer niedrigen Spannung arbeitende Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 110 spannungsmäßig voneinander trennt, und hat eine Kathode, die mit der zwischenliegenden Strom- bzw. Sammelschiene 22 verbunden ist, und eine Anode, die mit einem CL-Anschluss der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 110 verbunden ist. Der CL-Anschluss ist der minusseitige Eingangsanschluss des Komparator 112. Die anderen Elemente sind die Gleichen wie in 3A. The electric power conversion device 10c according to 5A that the short circuit fault of the upper-arm switching element 30 detected differs from the electric power conversion device 10a , in the 3A is illustrated. Here, the wiring inductance becomes 80 on a part of the intermediate power or busbar 22 , the collector side wiring of the lower arm switching element 40 corresponds, used for short-circuit current detection. The emitter detection point 84 the wiring inductance 80 is via the reference voltage source, which provides the threshold voltage V REF for the short-circuit current detection, with a plus-side input terminal of a comparator 112 connected to one of two input terminals of the comparator 112 for short-circuit current detection, that in the short-circuit current detection unit 110 is included. The second detection point 82 the wiring inductance 80 is connected to a minus-side input terminal. A diode 106 is a rectifier element that controls the high voltage inverter arm 10 and the low-voltage short-circuit current detection unit 110 voltage separated, and has a cathode, which is connected to the intermediate power or busbar 22 and an anode connected to a CL terminal of the short-circuit current detection unit 110 connected is. The CL terminal is the minus side input terminal of the comparator 112 , The other elements are the same as in 3A ,
Wenn die Verdrahtungsinduktivität 60 in der emitterseitigen Verdrahtung verwendet wird, die unter Bezugnahme auf 3A beschrieben ist, wird eine Spannungsdifferenz, die äquivalent ist zu der in der Verdrahtungsinduktivität 60 erzeugten Induktionsspannung, zwischen einer masseseitigen Referenzspannung des Wechselrichterarms 10 und einer masseseitigen Referenzspannung der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 92 erzeugt. Dadurch, dass die Verdrahtungsinduktivität 80 in der kollektorseitigen Verdrahtung verwendet wird, können jedoch die masseseitige Referenzspannung des Wechselrichterarms 10 und die masseseitige Referenzspannung der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 110 gleich zueinander werden und kann die Genauigkeit der Kurzschlussstromdetektion verbessert werden. In einem Fall, in dem die Diode 106 vorab zum Beispiel zum Zweck einer Überwachung eines Kollektorpotentials des Unterer-Arm-Schaltelements 40 eingerichtet ist, ist außerdem keine spezielle Anschlussleitung von dem zweiten Detektionspunkt 82 erforderlich. Insbesondere wenn die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl der Wechselrichterarme umfasst, ist die Anschlussleitung von dem zweiten Detektionspunkt 82 zahlenmäßig mehrfach vorhanden, und trägt die mangelnde Notwendigkeit für dies zu einer Reduzierung der Größe und der Kosten der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung als Ganzes bei. When the wiring inductance 60 used in the emitter-side wiring, with reference to 3A is described, a voltage difference equivalent to that in the wiring inductance 60 generated induction voltage, between a ground-side reference voltage of the inverter 10 and a ground-side reference voltage of the short-circuit current detection unit 92 generated. Because of the wiring inductance 80 used in the collector-side wiring, however, the ground-side reference voltage of the inverter can 10 and the ground-side reference voltage of the short-circuit current detection unit 110 become equal to each other and the accuracy of the short-circuit current detection can be improved. In a case where the diode 106 in advance, for example, for the purpose of monitoring a collector potential of the lower-arm switching element 40 is also not a special connection line from the second detection point 82 required. In particular, when the electric power conversion device is configured to include a plurality of the inverter arms, the connection line is from the second detection point 82 and the lack of necessity for this contributes to a reduction in size and cost of the electric power conversion apparatus as a whole.
5B ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung zu der Zeit der Detektion der Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. 5B ist in der Grundkonfiguration gleich 5A, und entsprechende Elemente sind dergestalt veranschaulicht, dass Eins zu den Bezugszeichen von diesen addiert ist. Die elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung 10d, die die Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 detektiert, unterscheidet sich von der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10b, die in 3B veranschaulicht ist. Hierbei wird die Verdrahtungsinduktivität 70 der kollektorseitigen Verdrahtung 14 des Oberer-Arm-Schaltelements 30 für die Kurzschlussstromdetektion verwendet. Der Emitterdetektionspunkt 74 der Verdrahtungsinduktivität 70 ist über die Referenzspannungsquelle, die die Schwellenspannung VREF für die Kurzschlussstromdetektion bereitstellt, mit einem plusseitigen Eingangsanschluss eines Komparators 113 verbunden, der einen von zwei Eingangsanschlüssen des Komparators 113 für die Kurzschlussstromdetektion darstellt, der in einer Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 111 umfasst ist. Der zweite Detektionspunkt 72 der Verdrahtungsinduktivität 70 ist mit einem minusseitigen Eingangsanschluss verbunden. Eine Diode 107 ist ein Gleichrichterelement, das den auf einer hohen Spannung arbeitenden Wechselrichterarm 10 und die auf einer niedrigen Spannung arbeitende Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 111 spannungsmäßig voneinander trennt, und hat eine Kathode, die mit der kollektorseitigen Verdrahtung 14 verbunden ist, und eine Anode, die mit einem CU-Anschluss der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 111 verbunden ist. Der CU-Anschluss ist der minusseitige Eingangsanschluss des Komparators 113. Die anderen Elemente sind die Gleichen wie in 3B. 5B FIG. 12 is a circuit configuration diagram at the time of detection of the short circuit disturbance of the lower arm switching element 40 , 5B is the same in the basic configuration 5A and corresponding elements are illustrated such that one is added to the reference numerals thereof. The electric power conversion device 10d that the short circuit fault of the lower arm switching element 40 detected differs from the electric power conversion device 10b , in the 3B is illustrated. Here, the wiring inductance becomes 70 the collector-side wiring 14 of the upper arm switching element 30 used for short-circuit current detection. The emitter detection point 74 the wiring inductance 70 is via the reference voltage source, which provides the threshold voltage V REF for the short-circuit current detection, with a plus-side input terminal of a comparator 113 connected to one of two input terminals of the comparator 113 for short-circuit current detection, in a short-circuit current detection unit 111 is included. The second detection point 72 the wiring inductance 70 is connected to a minus-side input terminal. A diode 107 is a rectifier element that controls the high voltage inverter arm 10 and the low-voltage short-circuit current detection unit 111 voltage separated, and has a cathode connected to the collector side wiring 14 and an anode connected to a CU terminal of the short-circuit current detection unit 111 connected is. The CU port is the minus side input port of the comparator 113 , The other elements are the same as in 3B ,
Vorteile der Verwendung der Verdrahtungsinduktivität 70 in der kollektorseitigen Verdrahtung anstelle der Verdrahtungsinduktivität 50 in der emitterseitigen Verdrahtung, was unter Bezugnahme auf 3B beschrieben ist, sind gleich dem Inhalt, der unter Bezugnahme auf 5A beschrieben ist. Advantages of using the wiring inductance 70 in the collector-side wiring instead of the wiring inductance 50 in the emitter-side wiring, with reference to 3B are equal to the content that is described with reference to 5A is described.
Da 5A und 5B hinsichtlich einer konfigurations- bzw. strukturmäßigen Wirkung einander gleichen, wird die konfigurations- bzw. strukturmäßige Wirkung unter Bezugnahme auf 6A und 6B und 5A als repräsentative Zeichnung beschrieben. 6A und 6B sind Zeichnungen, die 4A und 4B entsprechen. Der Inhalt der horizontalen Achse und der Inhalt der vertikalen Achse sind gleich wie in 4A und 4B. There 5A and 5B in terms of a configuration or structurally equivalent effect, the configuration or structural effect with reference to 6A and 6B and 5A described as a representative drawing. 6A and 6B are drawings that 4A and 4B correspond. The contents of the horizontal axis and the contents of the vertical axis are the same as in 4A and 4B ,
In 6A, gemäß der sich der Wechselrichterarm 10 in dem normalen Betrieb befindet, ist die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 die Spannung, die daraus resultiert, dass der EIN-Widerstand mit dem EIN-Strom multipliziert wird, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement EIN geschaltet ist. Wenn der EIN-Strom eine Stromänderungsrate von (di/dt) = 10 A/µs hat und die Verdrahtungsinduktivität 80 eine Größe von 5 nH hat, ist die Induktionsspannung, die in der Verdrahtungsinduktivität 80 erzeugt wird, gleich {(10 A/µs) × 5 nH} = 50 mV. Die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter steigt durch/um diese Induktionsspannung. In 6A , according to which the inverter arm 10 In normal operation, the voltage V CE is between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 the voltage resulting from multiplying the ON resistance by the ON current when the lower arm switching element is turned ON. When the ON current has a current change rate of (di / dt) = 10 A / μs and the wiring inductance 80 has a size of 5 nH, the induction voltage is in the wiring inductance 80 is equal to {(10 A / μs) × 5 nH} = 50 mV. The voltage V CE between the collector and the emitter rises by / around this induction voltage.
Der Komparator 112 vergleicht diese Induktionsspannung mit der Schwellenspannung VREF. Die Induktionsspannung ist von Zeit t2 bis Zeit t6 gleich 50 mV. Der Komparator 112 hat eine Lo-Pegel-Ausgabe, wenn die Schwellenspannung VREF des Komparators 112 bei 30 V liegt, und es wird bestimmt, dass der Kurzschlussstrom nicht durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. The comparator 112 compares this induction voltage with the threshold voltage V REF . The induction voltage is equal to 50 mV from time t2 to time t6. The comparator 112 has a Lo-level output when the threshold voltage V REF of the comparator 112 is at 30 V, and it is determined that the short-circuit current is not through the lower-arm switching element 40 flows.
In 6B, die eine Zeit zeigt, zu der der Kurzschluss in dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 zu Zeit t3 auftritt, befindet sich der Wechselrichterarm 10 in dem normalen Betrieb, ist die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter gleich 50 mV, und ist die Ausgabe des Komparators 112 bis unmittelbar vor Zeit t3 auf dem Lo-Pegel. Sobald die Kurzschlussstörung in dem Oberer-Arm-Schaltelement 30 zu Zeit t3 auftritt, wird die Induktionsspannung in der Verdrahtungsinduktivität 80 nahezu zu der gleichen Zeit erzeugt, zu der der Kurzschlussstrom durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. Die Induktionsspannung ist {(10 kA/µs) × 5 nH} = 50 V, wenn die Stromänderungsrate (di/dt) des Kurzschlussstroms gleich 50 kA/µs ist und die Größe der Verdrahtungsinduktivität 80 gleich 5 nH ist. In 6B showing a time at which the short in the upper arm switching element 30 occurs at time t3, the inverter arm is located 10 in In normal operation, the voltage V CE between the collector and the emitter is 50 mV, and is the output of the comparator 112 until just before time t3 at the Lo level. Once the short circuit fault in the upper arm switching element 30 occurs at time t3, the induction voltage in the wiring inductance becomes 80 generated at almost the same time, to which the short-circuit current through the lower-arm switching element 40 flows. The induction voltage is {(10 kA / μs) × 5 nH} = 50 V when the current change rate (di / dt) of the short-circuit current is 50 kA / μs and the size of the wiring inductance 80 is equal to 5 nH.
Die Induktionsspannung zu Zeit t3, zu der die Induktionsspannung und die Schwellenspannung VREF miteinander verglichen werden, ist 50 V. Der Komparator 112 hat eine Hi-Pegel-Ausgabe, wenn die Schwellenspannung VREF des Komparators 112 bei 30 V liegt, und es wird bestimmt, das der Kurzschlussstrom durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 fließt. The induction voltage at time t3, at which the induction voltage and the threshold voltage V REF are compared with each other, is 50 V. The comparator 112 has a Hi-level output when the threshold voltage V REF of the comparator 112 at 30 V, and it is determined that the short-circuit current through the lower-arm switching element 40 flows.
Wie es vorstehend beschrieben ist, führt die Verwendung der Verdrahtungsinduktivität 80 in der kollektorseitigen Verdrahtung zu Zeitdiagrammen, die ähnlich zu denjenigen in 4A und 4B sind, und Wirkungen, die ähnlich zu denjenigen sind, die durch die Verwendung der Verdrahtungsinduktivität 60 in der emitterseitigen Verdrahtung erzielt werden. As described above, the use of the wiring inductance leads 80 in the collector-side wiring to time diagrams similar to those in 4A and 4B and effects similar to those caused by the use of the wiring inductance 60 can be achieved in the emitter-side wiring.
In der vorstehenden Beschreibung vergleichen die Komparatoren 112, 113 die in den Verdrahtungsinduktivitäten 80, 70 erzeugten Induktionsspannungen mit der Schwellenspannung VREF. In den Schaltungskonfigurationsdarstellungen, die in 5A und 5B veranschaulicht sind, detektieren die Komparatoren 112, 113 die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Schaltelements. Abhängig von dem Ausmaß einer Zeitverzögerung zwischen dem externen Gatesignal und dem Gatesignal, das an das Schaltelement gegeben wird, können die Komparatoren 112, 113 den Kurzschlussstrom fehlerhaft detektieren, und kann die Kurzschlussstromdetektion nicht bzw. schlecht funktionieren. In the above description, the comparators compare 112 . 113 those in the wiring inductances 80 . 70 generated induction voltages with the threshold voltage V REF . In the circuit configuration diagrams that appear in 5A and 5B are illustrated, detect the comparators 112 . 113 the voltage between the collector and the emitter of the switching element. Depending on the extent of a time delay between the external gate signal and the gate signal given to the switching element, the comparators 112 . 113 detect the short-circuit current erroneously, and the short-circuit current detection can not work or malfunction.
7 sind Zeitdiagramme, die die Möglichkeit der fehlerhaften Detektion mit Bezug auf den Komparator 112 zeigen. In 7 stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und stellt die vertikale Achse den Pegelzustand oder den Spannungszustand von jedem Element dar. Der oberste Abschnitt auf der vertikalen Achse stellt den Pegelzustand des externen Unterer-Arm-Gatesignals dar. Der zweite Abschnitt von der oberen Seite stellt einen Pegelzustand eines Befehlssignals mit Bezug auf die Unterer-Arm-Gatespannung LG des Unterer-Arm-Schaltelements 40 dar, und der dritte Abschnitt von der oberen Seite stellt den Pegelzustand der tatsächlichen Unterer-Arm-Gatespannung LG in dem Unterer-Arm-Schaltelement 40 dar. Der vierte Abschnitt von der oberen Seite stellt einen Spannungszustand der Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 dar, und der unterste Abschnitt stellt einen Ausgabepegel des Komparators 112 dar. 7 are timing diagrams showing the possibility of erroneous detection with respect to the comparator 112 demonstrate. In 7 The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the level state or voltage state of each element. The top portion on the vertical axis represents the level state of the external lower-arm gate signal. The second section represents from the upper side a level state of a command signal with respect to the lower-arm gate voltage LG of the lower-arm switching element 40 and the third portion of the upper side represents the level condition of the actual lower arm gate voltage LG in the lower arm switching element 40 The fourth section from the upper side represents a voltage state of the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 and the lowermost section represents an output level of the comparator 112 represents.
In 7 ist Zeit t1 gleich t1 in 6A und 6B, und stellt sie eine Zeit dar, zu der das externe Unterer-Arm-Gatesignal von dem Lo-Pegel auf den Hi-Pegel steigt. Zeit t10 ist eine Zeit, zu der das Befehlssignal mit Bezug auf die Unterer-Arm-Gatespannung LG des Unterer-Arm-Schaltelements 40 zu steigen beginnt, nachdem das externe Unterer-Arm-Gatesignal auf den Hi-Pegel gestiegen ist. Zeit t2 ist gleich t2 in 6A und 6B. Die Zeit von t1 bis Zeit t10 ist eine interne Schaltungsverarbeitungsverzögerungszeit der Ansteuerschaltung 94. Die Zeit von Zeit t10 bis Zeit t2 ist eine Gatekapazitätsladezeit des Unterer-Arm-Schaltelements 40. In 7 time t1 is equal to t1 in 6A and 6B , and represents a time when the external lower-arm gate signal rises from the Lo level to the Hi level. Time t10 is a time when the command signal with respect to the lower-arm gate voltage LG of the lower-arm switching element 40 begins to increase after the external lower-arm gate signal has risen to the Hi level. Time t2 is equal to t2 in 6A and 6B , The time from t1 to time t10 is an internal circuit processing delay time of the drive circuit 94 , The time from time t10 to time t2 is a gate capacitance charging time of the lower arm switching element 40 ,
Die Unterer-Arm-Gatespannung LG des Unterer-Arm-Schaltelements 40 beginnt zu Zeit t10 ausgehend von dem Lo-Pegel zu steigen und steigt in Reaktion auf eine Konstante zu einer Zeit einer Gatekapazitätsaufladung. Der Anstieg ist zu Zeit t2 abgeschlossen. Dies bewirkt, dass die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 von Zeit t10 an zu fallen beginnt, und dass das Fallen zu Zeit t2 endet. Zeit t12, die eine Zeit ist, zu der Zeit t2 noch zu erreichen ist, ist eine Zeit, zu der die Unterer-Arm-Gatespannung LG eine EIN-Schwellenspannung erreicht, auf der das Unterer-Arm-Schaltelement 40 von AUS auf EIN umgeschaltet wird. Zeit t2, die nach einem erheblichen Fortschreiten ausgehend von Zeit t12 erreicht wird, entspricht einer Zeit, zu der die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 hinlänglich in einen Sättigungszustand gebracht ist. The lower arm gate voltage LG of the lower arm switching element 40 begins to rise at time t10 from the Lo level and rises in response to a constant at a time of gate capacitance charging. The increase is completed at time t2. This causes the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 from time t10 begins to fall, and that the falling ends at time t2. Time t12, which is a time still to be reached at the time t2, is a time when the lower-arm gate voltage LG reaches an ON threshold voltage on which the lower-arm switching element 40 is switched from OFF to ON. Time t2, which is reached after a substantial progression from time t12, corresponds to a time when the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower-arm switching element 40 is sufficiently brought into a state of saturation.
Der Komparator 112 detektiert die Spannung zwischen dem zweiten Detektionspunkt 82 und dem Emitterdetektionspunkt 84. Selbst wenn kein Strom durch die Verdrahtungsinduktivität 80 fließt, wird dementsprechend der Hi-Pegel bis Zeit t11 ausgegeben, zu der die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 auf die Schwellenspannung VREF fällt, die bezüglich der Induktionsspannung bestimmt ist. Diese Hi-Pegel-Ausgabe stellt einen Zustand dar, in dem das Unterer-Arm-Schaltelement 40 einen Übergang von AUS auf EIN durchmacht, und stellt nicht die Kurzschlussstromdetektion dar. Abhängig vom Ausmaß einer Schaltungsverarbeitungsverzögerung von dem externen Gatesignal bis zu dem Gatesignal, das an das Schaltelement gegeben wird, gibt der Komparator 112 den Hi-Pegel trotz des fehlenden Flusses des Kurzschlussstroms durch das Unterer-Arm-Schaltelement 40 aus, und tritt somit die fehlerhafte Detektion mit Bezug auf den Kurzschlussstrom auf. Wenn die fehlerhafte Detektion in dem Komparator 112 auftritt, funktioniert die Ansteuerschaltung für das Unterer-Arm-Schaltelement 40 nicht bzw. schlecht. The comparator 112 detects the voltage between the second detection point 82 and the emitter detection point 84 , Even if no current through the wiring inductance 80 Accordingly, the Hi level is output until time t11, at which the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 falls to the threshold voltage V REF , which is determined with respect to the induction voltage. This high level output represents a state in which the lower arm switching element 40 undergoes a transition from OFF to ON, and does not represent the short-circuit current detection. Depending on the extent of a circuit processing delay from the external gate signal to the gate signal given to the switching element, the comparator outputs 112 the Hi level despite the lack of flow of the short-circuit current through the lower arm switching element 40 and thus the erroneous detection with respect to the short-circuit current occurs. If the erroneous detection in the comparator 112 occurs, the drive circuit for the lower-arm switching element works 40 not or bad.
8A und 8B sind Darstellungen, die eine Schaltungskonfiguration einer elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung zeigen, die die Fehlfunktion der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit verhindert, die zu einer Zeit des Übergangs des Schaltelements von AUS auf EIN auftreten kann. 8A ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung einer elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10e, die die Fehlfunktion einer Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 verhindert, die die Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 detektiert. 8B ist eine Schaltungskonfigurationsdarstellung einer elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung 10f, die die Fehlfunktion einer Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 121 verhindert, die die Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 detektiert. 8A and 8B FIG. 12 is diagrams showing a circuit configuration of an electric power conversion apparatus that prevents the malfunction of the short-circuit current detection unit that may occur at a time of transition of the switching element from OFF to ON. 8A FIG. 10 is a circuit configuration diagram of an electric power conversion apparatus. FIG 10e indicating the malfunction of a short circuit current detection unit 120 prevents the short circuit fault of the upper arm switching element 30 detected. 8B FIG. 10 is a circuit configuration diagram of an electric power conversion apparatus. FIG 10f indicating the malfunction of a short circuit current detection unit 121 prevents the short circuit fault of the lower arm switching element 40 detected.
8A, die die Detektion der Kurzschlussstörung des Oberer-Arm-Schaltelements 30 betrifft, unterscheidet sich von 6A darin, dass eine Gateüberwachungsschaltung 124 in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 eingerichtet ist und ein Maskenabschnitt 126 in einer Ansteuerschaltung 122 eingerichtet ist, die in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 umfasst ist. Die anderen Elemente sind die Gleichen wie in 6A. 8A that detects the detection of the short circuit fault of the upper arm switching element 30 concerns, differs from 6A in that a gate monitoring circuit 124 in the short-circuit current detection unit 120 is set up and a mask section 126 in a drive circuit 122 is set up in the short-circuit current detection unit 120 is included. The other elements are the same as in 6A ,
Die Gateüberwachungsschaltung 124, die in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 eingerichtet ist, erfasst direkt die Gatespannung des Unterer-Arm-Schaltelements 40. Dann wird die erfasste Gatespannung mit Bezug auf eine Gate-EIN-Schwellenspannung überwacht bzw. kontrolliert, die vorab bestimmt ist, sodass überwacht bzw. kontrolliert wird, ob die erfasste Gatespannung gleich oder höher der EIN-Schwellenspannung ist, und dann wird ein Ergebnis hiervon ausgegeben. Die direkte Erfassung meint die Erfassung der tatsächlichen Gatespannung in dem Unterer-Arm-Schaltelement 40 anstelle einer Erfassung eines externen Gatesignals und die Erfassung eines Gatespannungsbefehlssignals, das die Ansteuerschaltung 122 in Erwiderung auf das externe Gatesignal ausgibt. Hinsichtlich einer Überwachungsergebnisausgabemethode wird der Hi-Pegel ausgegeben, wenn die erfasste Gatespannung niedriger als die EIN-Schwellenspannung ist, und wird der Lo-Pegel ausgegeben, wenn die erfasste Gatespannung gleich oder höher der EIN-Schwellenspannung ist. The gate monitoring circuit 124 included in the short-circuit current detection unit 120 is set up, directly detects the gate voltage of the lower-arm switching element 40 , Then, the detected gate voltage is monitored with reference to a gate ON threshold voltage that is predetermined so that it is monitored whether the detected gate voltage is equal to or higher than the ON threshold voltage, and then a result thereof output. The direct detection means the detection of the actual gate voltage in the lower-arm switching element 40 instead of detecting an external gate signal and detecting a gate voltage command signal that the drive circuit 122 in response to the external gate signal. Regarding a monitoring result output method, the Hi level is output when the detected gate voltage is lower than the ON threshold voltage, and the Lo level is output when the detected gate voltage is equal to or higher than the ON threshold voltage.
Der Maskenabschnitt 126, der in der Ansteuerschaltung 122 eingerichtet ist, maskiert bzw. verbirgt ein Ausgabesignal des Komparators 112 durch Verwendung des Ausgabesignals von dem Komparator 112 und eines Ausgabesignals von der Gateüberwachungsschaltung 124, wenn das Ausgabesignal von der Gateüberwachungsschaltung 124 auf dem Hi-Pegel ist. Maskieren des Ausgabesignals des Komparators 112 meint, dass eine Schaltung den Lo-Pegel ausgibt, indem/wodurch das Ausgabesignal des Komparators 112 verborgen wird, selbst wenn das Ausgabesignal des Komparators 112 auf dem Hi-Pegel ist. The mask section 126 which is in the drive circuit 122 is established, it masks or hides an output signal of the comparator 112 by using the output signal from the comparator 112 and an output signal from the gate monitoring circuit 124 when the output signal from the gate monitoring circuit 124 is at the Hi level. Masking the output signal of the comparator 112 means that a circuit outputs the Lo level, by / by which the output signal of the comparator 112 is hidden, even if the output signal of the comparator 112 is at the Hi level.
Wenn der Maskenabschnitt 126 verwendet wird, bleibt das Signal des Komparators 112 in der Ansteuerschaltung 122 bis Zeit t12 in 7 auf einem Lo-Pegel-Signal, selbst wenn das Ausgabesignal des Komparators 112 auf dem Hi-Pegel ist. Dementsprechend wird die Fehlfunktion der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 verhindert. When the mask section 126 is used, the signal of the comparator remains 112 in the drive circuit 122 until time t12 in 7 on a Lo-level signal, even if the output signal of the comparator 112 is at the Hi level. Accordingly, the malfunction of the short-circuit current detection unit becomes 120 prevented.
8B, die die Detektion der Kurzschlussstörung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 betrifft, ist in der Grundkonfiguration gleich 8A, und entsprechende Elemente sind dergestalt veranschaulicht, dass Eins zu den Bezugszeichen von diesen addiert ist. Hierbei ist eine Gateüberwachungsschaltung 125 in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 121 eingerichtet, und ist ein Maskenabschnitt 127 in einer Ansteuerschaltung 123 eingerichtet, die in der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 121 umfasst ist. Ein Inhalt hinsichtlich der Gateüberwachungsschaltung 125 und ein Inhalt hinsichtlich des Maskenabschnitts 127 sind ähnlich zu denjenigen hinsichtlich der Gateüberwachungsschaltung 124 und des Maskenabschnitts 126, die in 8A veranschaulicht sind, und daher wird eine ausführliche Beschreibung von diesen ausgelassen. 8B that detects the detection of the short circuit malfunction of the lower arm switching element 40 is the same in the basic configuration 8A and corresponding elements are illustrated such that one is added to the reference numerals thereof. Here is a gate monitoring circuit 125 in the short-circuit current detection unit 121 set up, and is a mask section 127 in a drive circuit 123 set up in the short-circuit current detection unit 121 is included. A content regarding the gate monitoring circuit 125 and a content regarding the mask portion 127 are similar to those with respect to the gate monitoring circuit 124 and the mask section 126 , in the 8A are illustrated, and therefore, a detailed description thereof will be omitted.
Da 8A und 8B hinsichtlich einer konfigurations- bzw. strukturmäßigen Wirkung einander gleichen, wird die konfigurations- bzw. strukturmäßige Wirkung unter Bezugnahme auf 9A und 9B und 8A als repräsentative Zeichnung beschrieben. 9A und 9B sind Zeichnungen, die 6A und 6B entsprechen. Die horizontale Achse stellt wie in 6A und 6B die Zeit dar, aber Zeiten t10 und t12, die unter Bezugnahme auf 7 beschrieben sind, sind dabei hinzugefügt. Die vertikale Achse stellt einen Betriebspegel des Spannungszustands von jedem Element dar, wie es in 6A und 6B der Fall ist, aber der Betriebspegel eines Maskensignals ist in dem untersten Abschnitt hiervon hinzugefügt. Zusätzlich entsprechen die Verlaufsform der tatsächlichen Unterer-Arm-Gatespannung LG des Unterer-Arm-Schaltelements 40 und die Verlaufsform der Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 den unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Verlaufsformen. There 8A and 8B in terms of a configuration or structurally equivalent effect, the configuration or structural effect with reference to 9A and 9B and 8A described as a representative drawing. 9A and 9B are drawings that 6A and 6B correspond. The horizontal axis represents as in 6A and 6B time, but times t10 and t12, referring to 7 are described are added. The vertical axis represents an operating level of the stress state of each element as shown in FIG 6A and 6B the case is, but the operating level of a mask signal is added in the lowest portion thereof. In addition, the waveform corresponds to the actual lower arm gate voltage LG of the lower arm switching element 40 and the waveform of the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower arm switching element 40 with reference to 7 described courses.
Wenn sich der Wechselrichterarm 10 in dem normalen Betreib befindet, wird der Hi-Pegel als die Ausgabe des Komperators 112 ausgegeben, wie es in 9A veranschaulicht ist, bis die Spannung VCE zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Unterer-Arm-Schaltelements 40 auf die Schwellenspannung VREF fällt, die bezüglich der Induktionsspannung eingestellt ist. Mit Bezug auf diese fehlerhafte Detektion des Komparators 112 gibt das Maskensignal bis Zeit t12 den Hi-Pegel aus. Die Zeit t12 ist eine Zeit, zu der die Gatespannung des Unterer-Arm-Schaltelements 40 steigt, sodass sie die EIN-Schwellenspannung erreicht. Auf diese Art und Weise wird die Fehlfunktion der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 verhindert, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement 40 während des normalen Betriebs des Wechselrichterarms 10 den Übergang von AUS auf EIN durchmacht. When the inverter arm 10 In the normal operation, the Hi level becomes the output of the comparator 112 spent as it is in 9A is illustrated until the voltage V CE between the collector and the emitter of the lower-arm switching element 40 falls to the threshold voltage V REF , which is set with respect to the induction voltage. With respect to this erroneous detection of the comparator 112 The mask signal outputs the Hi level until time t12. Time t12 is a time when the gate voltage of the lower arm switching element 40 rises so that it reaches the ON threshold voltage. In this way, the malfunction of the short-circuit current detection unit becomes 120 prevents when the lower-arm switching element 40 during normal operation of the inverter arm 10 going through the transition from OFF to ON
Gleichermaßen wird auch in 9B, die eine Zeit zeigt, zu der der Wechselrichterarm 10 zu Zeit t3 der Kurzschlussstörung unterliegt, die Fehlfunktion der Kurzschlussstrom-Detektionseinheit 120 verhindert, wenn das Unterer-Arm-Schaltelement 40 den Übergang von AUS auf EIN durchmacht. Dann kann nach Zeit t3 die Kurzschlussstörungsdetektion auf schnelle Art und Weise durchgeführt werden, da die Verdrahtungsinduktivität 80 die große Fähigkeit zur Detektion einer Stromänderungsrate aufweist, wie es unter Bezugnahme auf 6B beschrieben ist. Similarly, in 9B showing a time to which the inverter arm 10 at time t3 is subject to the short-circuit fault, the malfunction of the short-circuit current detection unit 120 prevents when the lower-arm switching element 40 going through the transition from OFF to ON Then, after time t3, the short-circuit noise detection can be quickly performed because the wiring inductance 80 has the great ability to detect a rate of change of current, as described with reference to 6B is described.
Eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f) umfasst: ein Schaltelement (30; 40); eine kollektorseitige Verdrahtung (14), die mit einer Kollektorseite des Schaltelements verbunden ist; eine emitterseitige Verdrahtung (18), die mit einer Emitterseite des Schaltelements verbunden ist; eine Detektionsschaltung (96; 97; 112; 113), die konfiguriert ist zum Detektieren einer Induktionsspannung, die in der kollektorseitigen Verdrahtung oder der emitterseitigen Verdrahtung erzeugt wird, wenn ein Strom durch die kollektorseitige Verdrahtung oder die emitterseitige Verdrahtung fließt; und eine Vergleichsschaltung (96; 97; 112; 113), die konfiguriert ist zum gegenseitigen Vergleichen der durch die Detektionsschaltung detektierten Induktionsspannung und einer vorab bestimmten vorbestimmten Schwellenspannung. An electric power conversion device ( 10a ; 10b ; 10c ; 10d ; 10e ; 10f ) comprises: a switching element ( 30 ; 40 ); a collector-side wiring ( 14 ) connected to a collector side of the switching element; an emitter-side wiring ( 18 ) connected to an emitter side of the switching element; a detection circuit ( 96 ; 97 ; 112 ; 113 ) configured to detect an induction voltage generated in the collector-side wiring or the emitter-side wiring when a current flows through the collector-side wiring or the emitter-side wiring; and a comparison circuit ( 96 ; 97 ; 112 ; 113 ) configured to mutually compare the induction voltage detected by the detection circuit and a predetermined threshold voltage.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2001-169533 A [0003] JP 2001-169533 A [0003]
